Les astronomes ont fait l’observation la plus lointaine d’un trou noir déchirant une étoile et la dévorant, grâce à un jet de « restes » stellaires lancés directement sur la Terre.

Parce que le jet pointe directement vers la Terre, la destruction violente d’une étoile par ce trou noir, que les astronomes appellent un événement de perturbation des marées (TDE), pourrait être observée en lumière visible. Ainsi, la découverte pourrait indiquer une nouvelle façon d’observer ces événements extrêmes qui ne se trouvent généralement que dans la lumière à haute énergie comme les rayons gamma et les rayons X.

Les TDE se produisent lorsque les étoiles se rapprochent trop des trous noirs. Un trou noir déchire une étoile avec des forces de marée incroyablement puissantes créées par son influence gravitationnelle. A environ 1% de TDE, le trou noir émet également des jets de plasma et de rayonnement depuis ses pôles.

« Nous n’avons vu que quelques-uns de ces TDE abandonnés, et ils restent des événements très exotiques et mal compris », a déclaré Nial Tanveer, astronome à l’Université de Leicester au Royaume-Uni et co-auteur de la nouvelle étude. (s’ouvrira dans un nouvel onglet) de l’Observatoire européen austral (ESO), qui exploite certains des télescopes utilisés dans l’étude. « Par conséquent, les astronomes sont constamment à la recherche de ces événements extrêmes pour comprendre comment les jets sont réellement fabriqués et pourquoi une si petite fraction de TDE les fabrique. »

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La découverte de ce TDE, surnommé AT2022cmc, est survenue en février lorsque le télescope d’étude Zwicky Transient Facility (ZTF) en Californie a envoyé une alerte d’une source inhabituelle de lumière visible détectée par le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO dans la région du désert d’Atacama au nord Le Chili a alors sauté pour explorer. C’est une dynamique courante pour les astronomes : les télescopes d’étude comme le ZTF scannent le ciel à la recherche de signes d’événements transitoires et extrêmes que des télescopes plus ciblés comme le VLT peuvent suivre plus en détail.

AT2022cmc a d’abord ressemblé à un sursaut gamma (GRB), la source de rayonnement électromagnétique la plus puissante de l’univers connu, dont l’origine reste inconnue. L’opportunité d’observer l’un de ces éclairs de lumière rares et mystérieux a incité les astronomes à régler divers télescopes sur AT2022cmc, dont le VLT, qui a étudié l’événement avec son spectrographe X-shooter. Au total, 21 télescopes ont observé AT2022cmc dans différentes longueurs d’onde de lumière, y compris le télescope spatial Hubble et l’instrument à rayons X Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) à bord de la Station spatiale internationale.

Représentation artistique d’un faisceau de rayons X émis par un trou noir dévorant une étoile. Le faisceau frappe le matériau pour émettre d’autres types de lumière. (Crédit image : Zwicky Transient Facility/R.Hurt (Caltech/IPAC))

La richesse des données a révélé deux observations étranges. Premièrement, la source AT2022cmc se trouvait à une distance sans précédent de la Terre, et la lumière a commencé son voyage alors que l’univers, vieux de 13,8 milliards d’années, n’avait qu’un tiers de son âge actuel. Deuxièmement, l’événement n’était pas un sursaut gamma.

« Les choses semblaient assez normales pendant les trois premiers jours », a déclaré Dheeraj Pasham, un astrophysicien du MIT qui a été le premier auteur de l’une des études, dans un communiqué. (s’ouvrira dans un nouvel onglet).

« Nous l’avons ensuite regardé avec un télescope à rayons X et avons constaté que la source était trop brillante », a-t-il déclaré à propos des observations de NICER, notant que le signal reste 100 fois plus puissant que la rémanence de n’importe quel rayon gamma. explosion vue à ce jour. « C’était quelque chose d’extraordinaire. »

Idée d’artiste d’un trou noir supermassif déchirant une étoile et éjectant des jets de matière stellaire. (Crédit image : ESO/M.Kornmesser)

Au total, 21 télescopes dans le monde ont observé AT2022cmc dans une variété de longueurs d’onde de lumière, des rayons gamma à haute énergie aux ondes radio à basse énergie. Les astronomes pourraient ensuite comparer ces données avec les observations d’autres événements forts tels que les effondrements stellaires et les puissantes explosions cosmiques appelées kilones.

Le seul scénario qui correspondait au profil lumineux enregistré par ces télescopes était un cas rare où un jet TDE contenant de la matière se déplaçant à 99,99% de la vitesse de la lumière pointe directement sur la Terre.

« Parce que le jet relativiste pointe vers nous, cela rend l’événement beaucoup plus brillant qu’il ne pourrait apparaître autrement et visible sur une plus large gamme du spectre électromagnétique », a déclaré Giorgos Leloudas, astronome à DTU Space au Danemark et co-auteur du étude. Nouvelle étude, a indiqué l’ESO dans un communiqué.

Représentation artistique d’un trou noir supermassif déchirant une étoile. (Crédit image : ESO/M. Kornmesser)

Cependant, le jet est toujours assez brillant – si brillant que les astronomes ont calculé que le trou noir mange environ la moitié de la masse solaire chaque année, a déclaré Pasham, ajoutant que le volume est la preuve que les chercheurs ont repéré l’événement à un stade précoce. « Une grande partie de cette perturbation des marées se produit très tôt, et nous avons pu attraper cet événement très tôt, dans la semaine suivant le début du trou noir à se nourrir de l’étoile. »

La distance de ce TDE à la Terre n’est pas le seul aspect record d’AT2022cmc. Des TDE précédemment abandonnés tels que celui-ci n’ont été observés que dans des types de rayonnement à haute énergie tels que les rayons gamma et les rayons X : c’est la première fois qu’un de ces événements tueurs d’étoiles violents est observé en lumière optique.

Ainsi, l’observation d’AT2022cmc en lumière optique pourrait ouvrir une toute nouvelle façon de détecter ces TDE réactifs dans un vaste espace, permettant un aperçu plus approfondi de ces événements rares et des trous noirs qui les provoquent.

L’étude est décrite en deux (s’ouvrira dans un nouvel onglet) les documents (s’ouvrira dans un nouvel onglet) publié mercredi 30 novembre dans la revue Nature.

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