Pour la première fois, les astronomes ont directement imagé la formation et l'expansion d'un jet de matière en mouvement rapide éjecté lorsque la puissante gravité d'un trou noir supermassif a déchiré une étoile qui s'est approchée trop près du monstre cosmique.

Les scientifiques ont suivi l'événement avec des télescopes radio et infrarouges, y compris le Very Long Baseline Array (VLBA) de la National Science Foundation, dans une paire de galaxies en collision appelée Arp 299, près de 150 millions d'années-lumière de la Terre. Au cœur d'une des galaxies, un trou noir 20 millions de fois plus massif que le Soleil a déchiqueté une étoile plus de deux fois la masse du Soleil, déclenchant une chaîne d'événements qui ont révélé des détails importants de la rencontre violente.

Seul un petit nombre de ces morts stellaires, appelés événements de perturbation des marées, ou TDE, ont été détectés, bien que les scientifiques aient émis l'hypothèse qu'ils pourraient être plus fréquents. Les théoriciens ont suggéré que la matière tirée de l'étoile condamnée forme un disque en rotation autour du trou noir, émettant des rayons X intenses et de la lumière visible, et lance également des jets de matière vers l'extérieur depuis les pôles du disque à presque la vitesse de la lumière.

"Jamais auparavant nous n'avions pu observer directement la formation et l'évolution d'un jet à partir d'un de ces événements, " a déclaré Miguel Perez-Torres, de l'Institut d'Astrophysique d'Andalousie à Grenade, Espagne.

La première indication est arrivée le 30 janvier 2005, lorsque des astronomes utilisant le télescope William Herschel aux îles Canaries ont découvert un éclat lumineux d'émission infrarouge provenant du noyau de l'une des galaxies en collision dans Arp 299. Le 17 juillet, 2005, le VLBA a révélé une nouvelle, source distincte d'émission radio provenant du même endroit.

"Comme le temps passait, le nouvel objet est resté brillant aux longueurs d'onde infrarouges et radio, mais pas en lumière visible et aux rayons X, " a déclaré Seppo Mattila, de l'Université de Turku en Finlande. "L'explication la plus probable est que le gaz et la poussière interstellaires épais près du centre de la galaxie ont absorbé les rayons X et la lumière visible, puis l'a re-rayonné en infrarouge, ", a-t-il ajouté. Les chercheurs ont utilisé le télescope optique nordique sur les îles Canaries et le télescope spatial Spitzer de la NASA pour suivre l'émission infrarouge de l'objet.

Poursuite des observations avec le VLBA, le réseau européen VLBI (EVN), et autres radiotélescopes, menée sur près d'une décennie, a montré la source d'émission radio en expansion dans une direction, comme prévu pour un jet. L'expansion mesurée a indiqué que le matériau dans le jet se déplaçait à une moyenne d'un quart de la vitesse de la lumière. Heureusement, les ondes radio ne sont pas absorbées au cœur de la galaxie, mais trouvent leur chemin à travers elle pour atteindre la Terre.

Ces observations ont utilisé plusieurs antennes de radiotélescope, séparés par des milliers de kilomètres, obtenir le pouvoir de résolution, ou la capacité de voir les moindres détails, nécessaire pour détecter l'expansion d'un objet si éloigné. Le patient, des années de collecte de données ont récompensé les scientifiques avec la preuve d'un jet.

La plupart des galaxies ont des trous noirs supermassifs, contenant des millions à des milliards de fois la masse du Soleil, à leurs noyaux. Dans un trou noir, la masse est si concentrée que son attraction gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut s'en échapper. Lorsque ces trous noirs supermassifs attirent activement des matériaux de leur environnement, ce matériau forme un disque en rotation autour du trou noir, et des jets de particules ultrarapides sont lancés vers l'extérieur. C'est le phénomène observé dans les radiogalaxies et les quasars.

"La plupart du temps, cependant, les trous noirs supermassifs ne dévorent rien activement, donc ils sont dans un état calme, " a expliqué Perez-Torres. " Les événements de perturbation des marées peuvent nous fournir une occasion unique de faire progresser notre compréhension de la formation et de l'évolution des jets à proximité de ces objets puissants, " il ajouta.

« À cause de la poussière qui absorbait toute lumière visible, cet événement particulier de perturbation de la marée n'est peut-être que la pointe de l'iceberg de ce qui jusqu'à présent était une population cachée, " a déclaré Mattila. " En recherchant ces événements avec des télescopes infrarouges et radio, nous pourrons peut-être en découvrir bien d'autres, et apprendre d'eux, " il a dit.

De tels événements ont peut-être été plus fréquents dans l'Univers lointain, leur étude peut donc aider les scientifiques à comprendre l'environnement dans lequel les galaxies se sont développées il y a des milliards d'années.

La découverte, les scientifiques ont dit, est venu comme une surprise. Le sursaut infrarouge initial a été découvert dans le cadre d'un projet visant à détecter les explosions de supernova dans de telles paires de galaxies en collision. Arp 299 a vu de nombreuses explosions stellaires, et a été surnommée une "usine de supernova". Ce nouvel objet était à l'origine considéré comme une explosion de supernova. Seulement en 2011, six ans après la découverte, la partie émettrice radio a commencé à montrer un allongement. Un suivi ultérieur a montré l'expansion croissante, confirmant que ce que les scientifiques voient est un jet, pas une supernova.

Mattila et Perez-Torres ont dirigé une équipe de 36 scientifiques de 26 institutions du monde entier dans les observations d'Arp 299. Ils ont publié leurs résultats dans le numéro en ligne du 14 juin de la revue. Science .