Vidéo - Des astronomes observent le réveil d'un trou noir massif en temps réel

Fin 2019, la galaxie SDSS1335+0728, jusqu'alors discrète, s'est soudainement mise à briller plus que jamais. Pour comprendre pourquoi, les astronomes ont utilisé les données de plusieurs observatoires spatiaux et terrestres, dont le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral, afin de suivre les variations de luminosité de la galaxie. Dans une étude publiée aujourd'hui, ils concluent qu'ils assistent à des changements jamais observés auparavant dans une galaxie, probablement dus au réveil soudain du trou noir massif qui se trouve en son coeur.


"Imaginez que vous observiez une galaxie lointaine depuis des années et qu'elle vous ait toujours semblé calme et inactive", explique Paula Sánchez Sáez, astronome à l'ESO en Allemagne et auteur principal de l'étude dont la publication a été acceptée dans Astronomy & Astrophysics. "Soudain, son noyau commence à montrer des changements spectaculaires de luminosité, contrairement à tous les événements typiques que nous avons vus auparavant".

C'est ce qui est arrivé à SDSS1335+0728, qui est désormais classé comme un "noyau galactique actif" (AGN) - une région compacte et brillante animée par un trou noir massif - après s'être illuminé de façon spectaculaire en décembre 2019 (1).

Certains phénomènes, tels que les explosions de supernova ou les perturbations dues aux marées - lorsqu'une étoile s'approche trop près d'un trou noir et se déchire - peuvent provoquer l'illumination soudaine des galaxies. Mais ces variations de luminosité ne durent généralement que quelques dizaines ou, tout au plus, quelques centaines de jours. SDSS1335+0728 continue de s'illuminer aujourd'hui, plus de quatre ans après avoir été vu pour la première fois en train de "s'allumer".

De plus, les variations détectées dans la galaxie, située à 300 millions d'années-lumière dans la constellation de la Vierge, ne ressemblent à aucune autre observée jusqu'à présent, ce qui laisse entrevoir une autre explication.

L'équipe a tenté de comprendre ces variations de luminosité en combinant des données d'archives et de nouvelles observations provenant de plusieurs installations, notamment l'instrument X-shooter du VLT de l'ESO dans le désert d'Atacama au Chili (2). En comparant les données prises avant et après décembre 2019, ils ont constaté que SDSS1335+0728 rayonne maintenant beaucoup plus de lumière dans les longueurs d'onde ultraviolettes, optiques et infrarouges. La galaxie a également commencé à émettre des rayons X en février 2024. "Ce comportement est sans précédent", déclare Paula Sánchez Sáez, qui est également affilié à l'Institut d'astrophysique du millénaire (MAS) au Chili.


"L'option la plus tangible pour expliquer ce phénomène est que nous voyons comment le [noyau] de la galaxie commence à montrer (...) de l'activité", explique Lorena Hernández García, du MAS et de l'Université de Valparaíso au Chili, co-auteur de l'étude. "Si c'est le cas, ce serait la première fois que nous verrions l'activation d'un trou noir massif en temps réel".

Des trous noirs massifs - dont la masse est plus de cent mille fois supérieure à celle de notre Soleil - existent au centre de la plupart des galaxies, y compris la Voie lactée. "Ces monstres géants sont généralement endormis et ne sont pas directement visibles", explique Claudio Ricci, de l'université Diego Portales, également au Chili. "Dans le cas de SDSS1335+0728, nous avons pu observer le réveil du trou noir massif, qui a soudainement commencé à se nourrir du gaz disponible dans son environnement, devenant ainsi très lumineux".

"Ce processus (...) n'a jamais été observé auparavant", déclare Lorena Hernández García. Des études antérieures avaient signalé que des galaxies inactives devenaient actives après plusieurs années, mais c'est la première fois que le processus lui-même - le réveil du trou noir - est observé en temps réel. Claudio Ricci, qui est également affilié à l'Institut Kavli d'astronomie et d'astrophysique de l'université de Pékin, en Chine, ajoute: "C'est quelque chose qui pourrait également arriver à notre propre Sgr A*, le trou noir massif (...) situé au centre de notre galaxie", mais on ne sait pas exactement quelle est la probabilité que cela se produise.

Des observations complémentaires sont encore nécessaires pour exclure d'autres explications. Il est également possible que nous assistions à une perturbation inhabituellement lente des marées, voire à un nouveau phénomène. S'il s'agit effectivement d'une perturbation due aux marées, il s'agirait de l'événement le plus long et le plus faible jamais observé. "Indépendamment de la nature des variations, [cette galaxie] fournit des informations précieuses sur la façon dont les trous noirs grandissent et évoluent", explique Paola Sánchez Sáez. "Nous espérons que des instruments comme [MUSE sur le VLT ou ceux du futur Extremely Large Telescope (ELT)] seront essentiels pour comprendre [pourquoi la galaxie brille]".

Notes:

(1) Les variations de luminosité inhabituelles de la galaxie SDSS1335+0728 ont été détectées par le télescope Zwicky Transient Facility (ZTF) aux États-Unis. Ensuite, le groupe dirigé par l'équipe chilienne Automatic Learning for Rapid Event Classification (ALeRCE) a classé SDSS1335+0728 comme un noyau actif de galaxie.

(2) L'équipe a recueilli des données d'archives provenant de WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) et de GALEX (Galaxy Evolution Explorer) de la NASA, le Two Micron All Sky Survey (2MASS), le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) et l'instrument eROSITA sur l'observatoire spatial Spektr-RG de l'IKI et du DLR. Outre le VLT de l'ESO, des observations complémentaires ont été réalisées avec le Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR), le W. M. Keck Observatory et le Neil Gehrels Swift Observatory, ainsi que le Chandra X-ray Observatory de la NASA.