Quand un trou noir avale une étoile et recrache des jets de plasma

L'Observatoire Européen Austral vient d’annoncer la « détection la plus lointaine d'un trou noir avalant une étoile », avec en prime des jets de plasma en direction de la Terre et « visibles sur une plus grande étendue du spectre électromagnétique ». 

Un phénomène connu, mais relativement rare a été observé par les scientifiques, plus précisément à travers le Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral (VLT de l'ESO). Il s’agit d’un « trou noir supermassif dans une galaxie lointaine qui avait dévoré une étoile, expulsant les restes dans un jet ». La découverte a été publiée dans un article scientifique (PDF) de la revue Nature ce mercredi 30 novembre.

Deux points rendent cet événement singulier : « Le VLT a déterminé qu'il s'agissait de l'exemple le plus éloigné d'un tel événement à avoir jamais été observé. Comme le jet est quasiment dirigé dans notre direction, c'est également la première fois qu'il a pu être observé en lumière visible, ce qui constitue un nouveau moyen de détecter ces événements extrêmes ».

Un événement de rupture par effet de marée

L’ESO rappelle que lorsque des étoiles s'approchent trop près d'un trou noir elles sont déchirées et avalées par l’ « incroyable force de marée dans ce que l'on appelle un événement de rupture par effet de marée », ou tidal disruption event (TDE) en anglais. Un trou noir est pour rappel un objet d’une telle densité que rien ne s’en échappe, même pas la lumière ; d’où son nom.

Les astres qui s’en approchent sont d’abord déformés – aplatis et étirés – à cause de la gravité. À une bien moindre échelle, c’est ce qui se passe avec la Lune produisant des effets de marée sur notre Terre. « Quand la gravité du trou noir surpasse celle de l'étoile, les effets de marée la disloquent », explique le CNRS. « L'étoile ne peut tout simplement plus rester assemblée et se brise en morceaux », ajoutait en 2006 Suvi Gezari (chercheure associée du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille).

Dans seulement 1 % des cas, de tels cataclysmes « provoquent l'éjection de jets de plasma et de rayonnements depuis les pôles du trou noir en rotation ». « Nous n'avons vu qu'une poignée de ces TDE à jets et ils restent des événements très exotiques et mal compris », explique Nial Tanvir (chercheur à l'Université de Leicester au Royaume-Uni), qui a dirigé les observations au VLT. Ces événements sont donc très prisés des scientifiques, qui veulent comprendre par exemple pourquoi ils se produisent si peu souvent.

Le Zwicky Transient Facility sonne l’alerte, le VLT se pointe

De nombreux télescopes, dont le Zwicky Transient Facility (ZTF) aux États-Unis, scrutent le ciel à la recherche de signes d'événements éphémères et extrêmes. Il s’agit de préparer le terrain pour ensuite pointer de puissants télescopes – comme le VLT – dans cette direction.

Afin d’accélérer le transfert d’informations, les scientifiques ont développé « un pipeline de données en code source libre pour stocker et exploiter » les données du ZTF, et ainsi « alerter en temps réel sur les événements atypiques », détaille Igor Andreoni, astronome à l'Université du Maryland aux États-Unis. 

En février, un événement baptisé AT2022cmc est détecté par ZTF et plusieurs télescopes à travers le monde – dont le VLT – ont sauté sur l’occasion. Les données de X-shooter du VLT « ont permis de situer la source à une distance sans précédent pour ces événements : la lumière produite par AT2022cmc a commencé son voyage lorsque l'univers avait environ un tiers de son âge actuel ». Avec 13,7 milliards d’années pour notre Univers, l’événement s’est donc produit à environ 4,5 milliards d’années-lumière. 

Des jets vers la Terre, visibles sur une grande étendue du spectre  

Le VLT n’était pas le seul sur le coup. 21 télescopes à travers le monde ont ainsi récupéré « une grande variété de lumière, allant des rayons gamma de haute énergie aux ondes radio ». Après analyse des données, le seul scénario collant aux observations « était celui d'une rare rupture par effet de marée à jets pointant vers nous ».

La direction des jets est importante, comme le rappelle Giorgos Leloudas (astronome au DTU Space au Danemark et co-auteur de l’étude) : « parce que le jet relativiste est dirigé vers nous, cela rend l'événement beaucoup plus brillant qu'il ne le serait autrement, et visible sur une plus grande étendue du spectre électromagnétique ».

C’est donc non seulement la rupture par effet de marée la plus éloignée jamais observée, mais aussi « la première fois que l'on en découvre un au cours d'une étude optique ». Il fallait auparavant se « contenter » des rayons gamma et X. 

Chaque nouvelle manière d’observer un événement est source de satisfaction pour les chercheurs, car cela ouvre la porte à de nouvelles manières de détecter les événements rares et de « sonder les environnements extrêmes qui entourent les trous noirs ».