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Les restes d'une étoile ayant subi une mort tragique, happée par un trou noir supermassif, ont permis de révéler la vitesse de rotation de ce prédateur cosmique.
Les trous noirs supermassifs naissent des fusions successives de plus petits trous noirs, chacun apportant son élan angulaire qui accélère la rotation du trou noir résultant. Mesurer la rotation des trous noirs supermassifs offre des indices sur leur histoire. Des recherches récentes proposent une nouvelle méthode pour déduire cette rotation basée sur l'effet des trous noirs sur l'espace-temps.
L'étoile en question a été déchirée par un trou noir supermassif lors d'un événement de rupture par effet de marée (TDE pour Tidal Disruption Event). Ces événements se produisent lorsqu'une étoile s'approche trop près de l'influence gravitationnelle d'un trou noir. Les forces de marée générées écrasent l'étoile horizontalement et l'étirent verticalement, un processus appelé "spaghettification" qui transforme l'étoile en une bande de matière stellaire.
Une partie de cette matière est éjectée tandis que l'autre forme un disque d'accrétion autour du trou noir. Ce disque chauffe sous l'effet des forces de friction, émettant une lumière intense, et nourrit progressivement le trou noir.
Quand les trous noirs supermassifs tournent, ils entraînent avec eux l'espace-temps environnant. Cet effet, appelé "frame-dragging" ou effet Lense-Thirring, provoque une "oscillation" temporaire dans le disque d'accrétion récemment formé autour du trou noir. Une équipe de chercheurs a découvert que cette oscillation peut servir à mesurer la vitesse de rotation du trou noir central.
Pour étudier les TDE et l'effet frame-dragging, l'équipe a cherché pendant cinq ans des exemples brillants et proches d'étoiles déchirées par des trous noirs. En février 2020, ils ont détecté AT2020ocn, un flash lumineux provenant d'une galaxie située à environ un milliard d'années-lumière. AT2020ocn a été repéré par le Zwicky Transient Facility en lumière optique, révélant un TDE impliquant un trou noir supermassif d'une masse entre 1 et 10 millions de fois celle du Soleil.
L'émission de rayons X provenant du disque d'accrétion précessant, ou "oscillant", a été détectée grâce au télescope NICER de la NASA, situé sur la Station spatiale internationale (ISS). NICER a permis de surveiller l'événement pendant plusieurs mois, révélant que la luminosité et la température des rayons X modulaient sur une période de 15 jours. Après trois mois, ces oscillations ont cessé, alignant le disque avec le trou noir sous l'effet de la gravité.
La recherche a également révélé une surprise: le trou noir ne tournait pas aussi vite que prévu, moins de 25 % de la vitesse de la lumière. Selon Pasham, le Vera C. Rubin Observatory, en construction au Chili, pourrait détecter des milliers de TDE au cours de la prochaine décennie, offrant ainsi des opportunités pour mesurer la précession Lense-Thirring et comprendre l'évolution des trous noirs supermassifs.
L'étude de l'équipe a été publiée dans la revue Nature le 22 mai.
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