Un trou noir peut attirer du gaz autour de lui. Cette matière ne tombe généralement pas directement : elle forme un disque, chauffe et perd progressivement de l’énergie avant de se rapprocher. Une partie peut aussi repartir dans l’espace sous forme de jets ou d’autres écoulements rapides. Mais le moment où ces émissions apparaissent restait difficile à prévoir pour les trous noirs géants.
Le problème vient surtout du temps. Autour des trous noirs supermassifs au centre des galaxies, l’alimentation peut s’étendre sur des milliers d’années. Les astronomes ont donc étudié des événements ponctuels : la destruction d’une étoile passant trop près d’un trou noir.
Vue d’artiste d’une étoile étirée et déchirée par les forces de marée d’un trou noir supermassif.
Crédit : ESO/M. Kornmesser
Dans ce scénario, l’attraction du trou noir déchire l’étoile. Une partie de sa matière forme alors un nouveau disque autour de lui. Son évolution se déroule sur quelques années, ce qui permet aux astronomes d’observer les changements. Adelle Goodwin et Andrew Mummery ont étudié ces événements grâce à des observations en lumière visible, ultraviolet, rayons X et ondes radio.
Les chercheurs ont d’abord rassemblé vingt destructions d’étoiles, puis retenu dix cas suffisamment bien observés. Ils ont ainsi pu estimer la quantité de matière reçue par le trou noir au fil du temps et déterminer quand des émissions de matière étaient apparues.
Deux périodes se distinguent. La première arrive très tôt, lorsque le trou noir reçoit énormément de matière. La seconde survient beaucoup plus tard, parfois des centaines ou des milliers de jours après la destruction de l’étoile. À ce moment, son alimentation a fortement diminué.
C’est là que les chercheurs ont trouvé une valeur commune. Cette seconde émission apparaît lorsque le trou noir reçoit environ 2 % d’un niveau de référence appelé limite d’Eddington. Cette limite correspond au point où la pression produite par le rayonnement peut contrebalancer l’attraction gravitationnelle exercée sur la matière environnante.
Or ce seuil d’environ 2 % était déjà connu pour des trous noirs beaucoup plus petits, formés après la mort d’une étoile. Malgré l’immense différence de masse, les deux familles semblent donc changer de comportement au même niveau relatif d’alimentation. Une même règle physique pourrait ainsi gouverner le lancement de ces jets.
Cette régularité donne aussi un nouvel outil aux astronomes. En suivant la baisse d’alimentation après la destruction d’une étoile, ils peuvent prévoir quand un jet retardé a le plus de chances d’apparaître. Les observations radio pourront alors être programmées au moment où elles ont le plus de chances de détecter cette émission.