On a observé l'agonie d'une étoile dévorée par un trou noir supermassif

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On a de bonnes raisons de croire que notre trou noir galactique supermassif, observé sous la forme de la source intense d'ondes radio Sagittarius A*Sagittarius A*, dévore tous les jours des astéroïdes. On sait aussi qu'un nuage de gaz est en train de foncer en direction de son horizon des événements, ce qui passionnera certainement les lauréats du prix Crafoord 2012 dans les années à venir. Mais l'on estime qu'il faut attendre cent mille ans en moyenne pour qu'une étoile passe si près de notre trou noir central que, sous l'effet des forces de marée, elle soit détruite. Une partie de sa matière tombe alors dans ce maelström galactique, l'autre étant éjectée à grandes vitesses.

Un événement de ce genre a été observé récemment dans une galaxiegalaxie située dans la constellation du Dragon. Il semble bel et bien qu'il soit une illustration du scénario des crêpes stellaires étudié pour la première fois il y a une trentaine d'années par Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminet et Brandon Carter.

Bien que spectaculaires, ces meurtres cosmiques, qui peuvent se voir à des milliards d'années-lumièreannées-lumière tant ils sont lumineux, sont rares. Pour mieux les comprendre, il faut donc observer patiemment un large échantillon de galaxies pour avoir une chance d'en surprendre un et d'en étudier tout le déroulement au cours d'une année. C'est ce qu'a fait un groupe d'astronomesastronomes en utilisant les télescopestélescopes équipant Galex et Pan-Starrs pour observer des centaines de milliers de galaxies.

Sur ces images prises à un an d'intervalle par Galex et Pan-Starrs, respectivement dans l'ultraviolet et le visible, on voit clairement le flash causé par le trou noir supermassif dévorant une étoile. © Nasa/JPL-Caltech/JHU/STScI/Harvard-Smithsonian CfA

Ils viennent donc de publier dans Nature le résultat de leur campagne d'observation conduite dans le visible avec le télescope du Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, au sommet du Haleakala à Hawaï, et dans l'ultravioletultraviolet grâce aux instruments du Galaxy Evolution Explorer, le télescope en orbiteorbite de la NasaNasa. Leur objet d'étude principal se trouvait au cœur d'une galaxie située à 2,7 milliards d'années-lumière de la Terre.

Selon les chercheurs, ce qu'ils ont observé est la preuve la plus directe et la plus claire que des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs peuvent détruire des étoiles s'approchant trop près de leur horizon des événements. Dans le cas étudié, l'événement transitoire surpris par les astrophysiciensastrophysiciens de son début jusqu'à la fin (ce qui n'est pas chose facile) avait une courbe de luminositéluminosité rappelant celle des supernovaesupernovae. Mais son étalement dans le temps indiquait soit qu'on était en présence d'un type inconnu d'une telle explosion d'étoile, soit qu'il s'agissait de son agonie sous l'effet des forces de marée d'un trou noir supermassif.

Un cœur d'étoile en hélium disloqué par des forces de marée

Ainsi, le pic de luminosité dans le domaine de l'ultraviolet a été atteint environ un mois après le début de l'augmentation de luminosité de la galaxie observée, un délai anormalement long pour une supernova standard. La luminosité a ensuite baissé pendant douze mois. La signature spectrale observée a été celle de l'héliumhélium avec peu d'hydrogènehydrogène. L'ensemble des caractéristiques de l'événement a fini par convaincre les astrophysiciens qu'ils n'étaient effectivement pas en présence d'une supernova classique, mais d'un autre exemple du scénario étudié en 1982 par Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter.

Le scénario qui correspond le mieux aux observations a été reconstitué en partie à l'aide d'une simulation. Tout commence avec une géante rougegéante rouge dont les couches supérieures riches en hydrogène sont dilatées. Placée à un moment de son histoire sur une orbite très elliptique autour du trou noir central de sa galaxie hôte à la façon des comètescomètes de longue période dans notre Système solaire, la géante s'est approchée une première fois de l'ogre galactique. Les forces de marée de celui-ci ont alors dépouillé sa victime de son enveloppe d'hydrogène pour ne plus laisser apparaître que son cœur riche en hélium.

C'est lors d'un second passage que le meurtre de l'étoile a été commis. Comme le montre la simulation, une partie de la matière de l'étoile a été capturée alors que l'autre a été éjectée à très grandes vitesses. Des caractéristiques de la courbe de luminosité et du spectrespectre du gazgaz chaud accompagnant l'événement, les astronomes en ont conclu que le trou noir supermassif central devait contenir environ 2 millions de massesmasses solaires.