La lumière qui a voyagé pendant plus de 8,5 milliards d’années pour nous atteindre était le dernier souffle d’une étoile mourante alors qu’un trou noir l’avalait.
Deux équipes de scientifiques distinctes ont déterminé qu’une lueur mystérieuse apparue dans le ciel en février 2022, nommée AT2022cmc, était le jet astrophysique qui a éclaté du trou noir massif alors que l’étoile déchiquetée disparaissait au-delà de son horizon des événements.
Il est incroyablement rare pour nous d’attraper l’un de ces repas sur le fait, et AT2022cmc est maintenant le plus éloigné que nous ayons jamais vu.
Les deux articles ont été publiés dans Nature et Nature Astronomy.
“La dernière fois que des scientifiques ont découvert l’un de ces jets, c’était il y a plus de dix ans”, explique l’astronome Michael Coughlin de l’Université du Minnesota Twin Cities aux États-Unis.
“D’après les données dont nous disposons, nous pouvons estimer que des jets relativistes sont lancés dans seulement 1 % de ces événements destructeurs, ce qui fait d’AT2022cmc un événement extrêmement rare. En fait, le flash lumineux de l’événement est parmi les plus brillants jamais observés.”
Il se passe beaucoup de choses dans notre univers sauvage, et beaucoup de rencontres et d’événements – supernovae, sursauts radio rapides, collisions stellaires, interactions dans des binaires compacts et frénésie d’alimentation de trous noirs – sont imprévisibles, crachant des éclats de lumière temporaires qui flamboient à travers l’immensité de l’espace, puis s’effacent.
Ce n’est qu’en surveillant de près de larges pans du ciel que nous pourrons capter la lumière de ces événements colossaux colossaux mais transitoires.
En février, le Zwicky Transient Facility a attrapé une telle éruption. Immédiatement, 20 autres télescopes à travers le monde et dans l’espace sont entrés en action, capturant une multitude de données sur l’incendie soudain au cours des jours et des semaines qui ont suivi.
À partir de cette mine d’informations, une équipe de chercheurs – co-dirigée par Coughlin et l’astronome Igor Andreoni de l’Université du Maryland – a déterminé que l’événement résultait d’un événement de perturbation des marées. L’agresseur ? Un trou noir supermassif en rotation rapide jusqu’à environ 500 millions de fois la masse du Soleil, avalant de la matière stellaire à un rythme effréné d’un demi-Soleil par an.
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Les événements de perturbation des marées sont extrêmes; ils se produisent lorsqu’une étoile s’éloigne un peu trop près d’un trou noir. Les forces de marée dans le champ gravitationnel de ce trou noir étirent l’étoile, la tirant si fort qu’elle se déchire. Les débris d’étoiles tombent alors sur le trou noir.
Ce processus produit une éruption de lumière qui s’estompe avec le temps, mais nous pouvons la détecter depuis la Terre si elle est suffisamment lumineuse.
Ce n’est pas ce qui a produit la lumière que les astronomes ont vue d’AT2022cmc.
“Les choses semblaient assez normales les trois premiers jours. Ensuite, nous l’avons regardé avec un télescope à rayons X, et ce que nous avons découvert, c’est que la source était trop brillante”, explique l’astronome Dheeraj Pasham du MIT, qui a dirigé le deuxième article.
“Cet événement particulier était 100 fois plus puissant que la rémanence la plus puissante du sursaut gamma. C’était quelque chose d’extraordinaire.”
L’analyse a révélé que la cause de la lumière était un jet astrophysique. Lorsqu’un trou noir se nourrit, il arrive que tous les matériaux tourbillonnant autour de lui ne finissent pas au-delà de l’horizon des événements.
Les lignes de champ magnétique juste autour de l’extérieur de l’horizon des événements agissent comme des accélérateurs de particules ; une partie de la matière proche du trou noir est acheminée le long de ces lignes, où elle est lancée depuis les pôles du trou noir à des vitesses proches de celle de la lumière.
Dans le cas d’AT2022cmc, l’un de ces jets est pointé droit sur nous et se déplace à 99,99 % de la vitesse de la lumière. Lorsque la matière se déplace vers nous à une vitesse proche de la lumière, elle apparaît plus brillante qu’elle ne l’est parce que le mouvement produit un changement dans la fréquence de la longueur d’onde de la lumière. Cet effet est connu sous le nom de rayonnement relativiste ou amplification Doppler car ce changement est connu sous le nom d’effet Doppler.
AT2022cmc n’est que le quatrième événement de perturbation de marée boosté par Doppler jamais détecté.
Les scientifiques s’attendent à ce que nous puissions apprendre beaucoup de cette lumière mourante à plus d’un demi-univers. Par exemple, on ne sait pas pourquoi certains événements de perturbation des marées ont des jets et d’autres non. La rotation rapide du trou noir peut jouer un rôle déterminant dans la formation de jets.
On ne sait pas non plus comment les trous noirs supermassifs se forment et se développent. Des taux d’alimentation élevés, tels que ceux présentés par le trou noir AT2022cmc, pourraient aider à résoudre le mystère.
L’événement a également été le premier événement de perturbation des marées par jets détecté à l’aide d’un levé optique. Les quantités de données collectées aideront les astronomes à en identifier davantage à l’avenir.
“L’astronomie évolue rapidement”, déclare Andreoni.
“Davantage d’enquêtes optiques et infrarouges sur tout le ciel sont désormais actives ou seront bientôt mises en ligne. Les scientifiques peuvent utiliser AT2022cmc comme modèle pour savoir ce qu’il faut rechercher et trouver des événements plus perturbateurs provenant de trous noirs éloignés.
“Cela signifie que plus que jamais, l’exploration de données volumineuses est un outil important pour faire progresser notre connaissance de l’Univers.”
La recherche a été publiée dans Nature et Nature Astronomy.
