Des astronomes ont assisté à l'activation énergétique d'un trou noir

Une équipe d'astronomes dirigée par des chercheurs de l'Université de Birmingham, de l'University College de Londres et de la King's University de Belfast a découvert l'une des "activations" de trous noirs les plus spectaculaires jamais observées. Ils présenteront leurs résultats le mardi 4 juillet à Rencontre nationale d'astronomie 2023 à Cardiff.

J221951-484240, connu sous le nom de J221951, est l'un des transitoires les plus brillants - des objets astrophysiques qui changent de luminosité sur une courte période de temps - jamais enregistrés. Il a été découvert par le Dr Samantha Oates, astronome à l'Université de Birmingham, et son équipe en septembre 2019 alors qu'ils recherchaient la lumière électromagnétique d'une onde gravitationnelle. L'équipe a utilisé les télescopes ultraviolets et optiques à bord de l'observatoire Neil Gerrells Swift pour rechercher une kilonova, la signature d'une étoile à neutrons fusionnant avec une autre étoile à neutrons ou un trou noir. Habituellement, le kilonova semble bleu, puis s'estompe et devient rouge en quelques jours. Au lieu de cela, ils ont trouvé quelque chose d'encore plus inhabituel : J221951. Il avait l'air bleu, mais il ne changeait pas de couleur ou ne s'estompait pas aussi rapidement que le kilonova.

Plusieurs télescopes ont été utilisés pour observer J221951 et déterminer sa nature, notamment les télescopes spatiaux Swift/UVOT et Hubble de la NASA, le grand télescope sud-africain et des instruments de l'ESO tels que le très grand télescope et l'instrument GROND sur le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres. à l'observatoire de La Silla.

Le spectre de J221951 obtenu par le télescope spatial Hubble a exclu une connexion d'onde gravitationnelle de J221951. En étudiant le spectre lumineux de J221951, le Dr Oates et son équipe ont pu déterminer que la source se trouve à environ 10 milliards d'années-lumière, contrairement au signal d'onde gravitationnelle, qui a été détecté à moins de 0,5 milliard d'années-lumière. Le fait qu'il brille si fort à une si grande distance fait de J221951 l'un des transitoires les plus brillants jamais découverts.

Les preuves suggèrent que J221951 s'est formé à la suite d'un trou noir supermassif qui a absorbé très rapidement le matériau environnant. Une galaxie rouge a été observée à J221951 avant sa découverte, et l'emplacement de J221951 est cohérent avec le centre de la galaxie, où un trou noir massif devrait naturellement résider. Il a commencé à briller très soudainement - environ 10 mois avant sa première détection - ce qui signifie que le trou noir a commencé à se nourrir très rapidement après avoir été silencieux pendant un certain temps. Le spectre ultraviolet montre des caractéristiques d'absorption compatibles avec le matériau poussé vers l'extérieur par une énorme libération d'énergie. Ceci, combiné à la luminosité élevée, en fait l'un des trous noirs les plus spectaculaires jamais observés.

L'équipe a identifié deux mécanismes possibles qui pourraient expliquer une telle alimentation extrême d'un trou noir supermassif. La première est qu'elle pourrait avoir été causée par une perturbation de marée - la destruction d'une étoile lors de son passage à proximité du trou noir supermassif au centre de sa galaxie. La deuxième option est qu'elle aurait pu être causée par un noyau galactique actif qui "a changé son état" de dormant à actif. J221951 signalerait alors que le trou noir dormant au centre de la galaxie hôte a commencé à se nourrir du matériau du disque d'accrétion.

Le Dr Matt Nicholl, membre de l'équipe de la King's University Belfast, a déclaré : "Notre compréhension des différentes choses que les trous noirs supermassifs peuvent faire s'est considérablement élargie ces dernières années, grâce à la découverte d'étoiles et à l'accrétion de trous noirs avec des luminosités extrêmement variables. " Il ajoute : « J221951 est l'un des exemples les plus extrêmes d'un trou noir nous prenant par surprise. Une observation plus poussée de J221951 pour déterminer la libération d'énergie totale peut nous permettre de déterminer s'il s'agit d'une absorption de marée de l'étoile par un trou noir en rotation rapide ou d'un nouveau type d'activation d'AGN.

Dr N. Paul Quinn, un autre membre de l'équipe du Laboratoire des sciences spatiales. Mallard de l'University College de Londres, a déclaré : « La découverte clé était que le spectre ultraviolet obtenu par Hubble excluait une origine galactique. Cela montre à quel point il est important de maintenir les capacités du spectrographe UV spatial à l'avenir."

Le Dr Samantha Oates ajoute : « À l'avenir, nous pourrons peut-être obtenir des indices importants pour distinguer un événement de perturbation des marées des scénarios de noyau galactique actif. Par exemple, si J221951 est associé à une supernova qui s'allume, on peut s'attendre à ce qu'elle arrête de s'estomper et à redevenir lumineuse, alors que si J221951 est une perturbation de marée, on s'attendrait à ce qu'elle continue à s'estomper. Nous devrons continuer à observer J221951 au cours des prochains mois et années pour capturer son comportement tardif."

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