Trou noir d'une galaxie lointaine vu s'évaser de façon inattendue

Vue aux rayons X du trou noir actif au cœur de la galaxie lointaine GSN 069, à environ 250 millions d'années-lumière. La partie supérieure de l'animation montre les observations du télescope spatial à rayons X XMM-Newton de l'ESA. Le graphique dans la partie inférieure montre les variations de la luminosité des rayons X du trou noir par rapport à son niveau de "veille". En savoir plus sur cette image, via ESA / XMM-Newton / G. Miniutti et M. Giustini.

Le 11 septembre 2019, l'ESA a déclaré que son télescope spatial à rayons X, XMM-Newton, avait détecté des éclats périodiques inédits de rayons X émis par un trou noir géant situé dans une galaxie lointaine. Ces scientifiques ont déclaré dans un communiqué que les fusées éclairantes:

… Pourrait aider à expliquer certains comportements énigmatiques de trous noirs actifs

Les trous noirs actifs sont ceux qui avalent encore activement du matériel - étoiles, gaz, poussière - fournis par leurs galaxies d'origine. Nous avons tendance à voir des trous noirs supermassifs actifs - comme celui observé dans une galaxie connue sous le nom de GSN 069, située à environ 250 millions d'années-lumière de distance - dans des galaxies lointaines, contrairement au trou noir supermassif plus calme au centre de notre propre Voie lactée (bien que même le trou noir central de la Voie lactée ait semblé engloutir quelque chose plus tôt cette année). Les astronomes ont déclaré:

Le 24 décembre 2018, on a constaté que la source augmentait soudainement sa luminosité d'un facteur 100, puis revenait à son niveau normal en une heure et redevint lumineuse neuf heures plus tard.

Giovanni Miniutti, du Centro de Astrobiología de Madrid, en Espagne, est l’auteur principal d’un nouvel article publié le 11 septembre dans la revue à comité de lecture Nature . Il a dit:

C'était complètement inattendu. Les trous noirs géants clignotent régulièrement comme une bougie, mais les changements rapides et répétés observés dans GSN 069 à partir de décembre sont quelque chose de complètement nouveau.

Après avoir appris que ce trou noir s’allumait, d’autres télescopes ont été tournés dans sa direction. XMM-Newton a effectué des observations de suivi au cours des deux mois suivants, tout comme l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA. Ces télescopes ont confirmé:

… Que le trou noir éloigné maintenait toujours le tempo, émettant des rafales presque périodiques de rayons X toutes les neuf heures.

Les chercheurs appellent ce nouveau phénomène «éruptions quasi-périodiques», ou QPE.

Vue optique et rayons X de la galaxie active GSN 069. Plus d'informations sur cette image. Image via ESA.

Vous avez probablement entendu dire que les trous noirs sont noirs car aucune lumière ne peut leur échapper. Alors, que fait la torchère? Les éruptions proviennent du processus d'accrétion. Cela se produit juste avant que les gaz, la poussière ou les débris stellaires ne tombent au-delà du point de non-retour, appelé horizon des événements. Avant cette plongée ultime sur l'horizon des événements, le matériau forme un anneau aplati de matière en rotation, appelé disque d'accrétion. Miniutti a expliqué que les fusées à rayons X:

… Proviennent de matériaux qui s'accumulent dans le trou noir et s'échauffent dans le processus.

Plusieurs mécanismes du disque d’accrétion pourraient donner lieu à ce type de signal quasi-périodique, potentiellement lié à des instabilités dans le flux d’accrétion à proximité du trou noir central.

Alternativement, les éruptions pourraient être dues à l'interaction du matériau du disque avec un deuxième corps un autre trou noir ou peut-être le reste d'une étoile précédemment perturbée par le trou noir.

Giovanni et ses collègues ont déclaré que - bien que personne n'ait jamais observé ce phénomène auparavant - les poussées périodiques comme celles que nous venons de voir pourraient être courantes dans l'univers. Leur déclaration a expliqué:

Il est possible que le phénomène n’ait pas été identifié auparavant, car la plupart des trous noirs au cœur des galaxies lointaines, dont les masses atteignent des millions et des milliards de fois la masse de notre soleil, sont beaucoup plus grands que celui de GSN 069, qui n’est que de 400 000 fois plus massive que notre soleil.

Plus le trou noir est grand et massif, plus les fluctuations de luminosité qu'il peut afficher sont lentes. Ainsi, un trou noir supermassif typique se produira non pas toutes les neuf heures, mais tous les quelques mois ou quelques années. Cela rendrait la détection peu probable, car les observations couvrent rarement des périodes aussi longues.

Ils ont déclaré que des éruptions quasi-périodiques telles que celles trouvées dans GSN 069 pourraient fournir un cadre naturel pour interpréter certains motifs surprenants observés dans une fraction significative de trous noirs actifs, dont la luminosité semble trop variable pour pouvoir être facilement expliquée par les modèles théoriques actuels. Miniutti a dit:

Nous connaissons de nombreux trous noirs massifs dont la luminosité augmente ou diminue de très grands facteurs en quelques jours ou quelques mois, alors que nous nous attendions à ce qu'ils varient beaucoup plus lentement.

Mais si une partie de cette variabilité correspond aux phases d’élévation ou de décroissance des éruptions similaires à celles découvertes dans le GSN 069, alors la variabilité rapide de ces systèmes, qui semble actuellement impossible, pourrait naturellement être prise en compte.

De nouvelles données et d’autres études indiqueront si cette analogie est valable.

Fusées aux rayons X de la galaxie active GSN 069. Plus d'informations sur cette image. Image via ESA / XMM-Newton; NASA / CXC; G. Miniutti (CAB, CSIC-INTA, Espagne).

Les éruptions quasi-périodiques observées dans le GSN 069 pourraient également expliquer d'autres propriétés intrigantes observées dans l'émission de rayons X de presque tous les trous noirs supermassifs brillants et accrétants, qui peuvent être lues sur ESA Space News.

Pour le moment, cette équipe d'astronomes tente d'organiser ses études sur la galaxie lointaine GSN 069; par exemple, ils essaient de déterminer les propriétés qui définissent cette galaxie au moment où les éruptions périodiques ont été détectées pour la première fois. Norbert Schartel, scientifique du projet XMM-Newton de l'ESA, a déclaré:

GSN 069 est une source extrêmement fascinante, susceptible de devenir une référence dans le domaine de l'accrétion de trous noirs.

Savoir ce qu'il faut rechercher, ont-ils ajouté, les aidera également à utiliser plus efficacement des télescopes à rayons X tels que XMM-Newton et Chandra pour rechercher d'autres éruptions quasi-périodiques d'autres trous noirs supermassifs dans d'autres galaxies lointaines. Margherita Giustini du Centro de Astrobiología de Madrid - co-auteur de l'étude - a déclaré que l'objectif était:

… Pour mieux comprendre l'origine physique de ce nouveau phénomène.

Conclusion: à la fin de 2018, le trou noir supermassif de la galaxie GSN 069, situé à environ 250 millions d'années-lumière de la planète, a soudainement augmenté sa luminosité d'un facteur 100, puis est revenu à son niveau normal en une heure. et puis rallumer neuf heures plus tard. Depuis lors, il a poursuivi ces fusées éclairantes quasi périodiques. Les scientifiques veulent savoir ce qui les cause.

Source: éruptions quasi-périodiques aux rayons X de neuf heures à partir d'un noyau galactique de trou noir de faible masse

Via l'ESA