Un trou noir très lointain surpris en plein "souper"

La scène s'est produite à 8,5 milliards d'années-lumière de la Terre: un trou noir supermassif dévorant une étoile a expulsé les restes de son "repas" dans un jet lumineux, un phénomène très rare que des scientifiques ont réussi à observer.

This handout picture released on November 30, 2022 by the European Southern Observatory (ESO) shows an artist impression illustrating how it might look when a star approaches too close to a black hole, where the star is squeezed by the intense gravitational pull of the black hole. - Some of the star's material gets pulled in and swirls around the black hole forming the disc that can be seen in this image. In rare cases, such as this one, jets of matter and radiation are shot out from the poles of the black hole. In the case of the AT2022cmc event, evidence of the jets was detected by various telescopes including the VLT, which determined this was the most distant example of such an event. (Photo by Handout / European Southern Observatory / AFP) / RESTRICTED TO EDITORIAL USE - MANDATORY CREDIT "AFP PHOTO / HO / ESO" - NO MARKETING NO ADVERTISING CAMPAIGNS - DISTRIBUTED AS A SERVICE TO CLIENTS
Cette image publiée le 30 novembre 2022 par l'Observatoire européen austral (ESO) montre une impression d'artiste illustrant l'aspect d'une étoile qui s'approche trop près d'un trou noir, où l'étoile est comprimée par l'intense attraction gravitationnelle du trou noir.

L'attraction gravitationnelle d'un trou noir est telle que lorsqu'une étoile a le malheur de trop s'en approcher, elle est déchirée: la matière qui la compose se disloque, puis tourne très vite autour du trou noir avant qu'une partie n'y soit engloutie à jamais.

Ce phénomène, appelé "rupture par effet de marée", s'accompagne très rarement de l'émission d'un jet lumineux de particules, furtif et voyageant à une vitesse proche de la lumière, issu de la matière de l'étoile.

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La dernière observation d'un évènement similaire remonte à 2012, rappellent deux études parues cette semaine dans les revues Nature et Nature Astronomy.

De nouvelles méthodes de détection se sont développées depuis, dont une puissante caméra installée sur l'observatoire Palomar en Californie. Il permet de "scanner le ciel", explique à l'AFP Susanna Vergani, chercheuse CNRS à l'Observatoire de Paris-PSL.

Ce télescope, le "Zwicky Transient Facility, "détecte chaque nuit des dizaines de jets lumineux dans le ciel et il est capable de sélectionner les plus intéressants", poursuit l'astrophysicienne, qui a participé aux recherches.

"Tube de dentifrice serré"

L'un deux a semblé atypique: ça n'était pas une supernova (l'explosion d'une étoile en fin de vie qui produit une luminosité hors du commun), ni un sursaut gamma (la source de lumière la plus puissante de l'Univers).

Pour y voir plus clair, une coordination internationale d'astronomes a mobilisé des instruments du monde entier afin d'observer le phénomène sur une grande variété de longueurs d'ondes, des rayons X aux ondes radio.

Parmi ces instruments, le radiotélescope NOEMA (Northern extended millimeter array) dans les Alpes françaises, et un spectrographe du Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral (ESO) au Chili.

Les scientifiques ont déterminé que le jet de lumière trouvait son origine, à une distance estimée à 8,5 milliards d'années-lumière de la Terre, autour d'un trou noir probablement tapi au centre de sa galaxie hôte.

Le jet, baptisé AT2022cmc, est "d'une puissance de plus d'un milliard de milliard de fois la luminosité en rayon X de notre Soleil", détaille Susanna Vergani. Et sa durée est très courte: 30 jours. "Contrairement aux jets des noyaux actifs des galaxies, qui s'étendent sur des échelles beaucoup plus grandes, le jet AT2022cmc est transitoire" et semble dû au fait que le trou noir a déchiré l'étoile.

D'où vient-il? Pas de la lumière engloutie par le trou noir puisque rien ne peut sortir de ces ogres cosmiques. Mais plutôt du disque d'accrétion de matière entourant le trou noir, qui éjecte des particules à ses extrémités. Comme un "tube de dentifrice serré autour de son milieu", décrit l'ESO.

Le phénomène, encore mal compris, pourrait être causé par la vitesse de rotation du trou noir: il tournerait suffisamment vite sur lui-même pour arriver à produire un tel jet. Le futur télescope géant LSST (Large Synoptic Survey Telescope), en cours de construction au Chili, devrait permettre de détecter d'autres jets de ce type, et ainsi mieux comprendre les environnements extrêmes entourant les trous noirs.