Au centre d'une galaxie lointaine, un trou noir consomme lentement un disque de gaz qui tourbillonne autour de lui comme de l'eau encerclant un drain. Alors qu'un filet de gaz constant est tiré dans la gueule béante, les particules ultra-chaudes se rassemblent près du trou noir, au-dessus et au-dessous du disque, générant une lueur de rayons X brillante qui peut être vue à 300 millions d'années-lumière sur Terre. Ces collections de gaz ultrachauds, appelées couronnes de trous noirs, sont connus pour présenter des changements notables dans leur luminosité, éclaircissant ou atténuant jusqu'à 100 fois au fur et à mesure qu'un trou noir se nourrit.

Mais il y a deux ans, les astronomes ont observé avec émerveillement la disparition complète des rayons X de la couronne du trou noir dans une galaxie connue sous le nom de 1ES 1927+654, s'estompant d'un facteur 10, 000 en 40 jours environ. Presque immédiatement, il a commencé à rebondir, et environ 100 jours plus tard, il était devenu presque 20 fois plus lumineux qu'avant l'événement.

La lumière des rayons X d'une couronne de trou noir est un sous-produit direct de l'alimentation du trou noir, donc la disparition de cette lumière de 1ES 1927+654 signifie probablement que son approvisionnement alimentaire avait été coupé. Dans une nouvelle étude du Lettres de revues astrophysiques , les scientifiques émettent l'hypothèse qu'une étoile en fuite pourrait s'être approchée trop près du trou noir et avoir été déchirée. Si tel était le cas, des débris se déplaçant rapidement de l'étoile auraient pu s'écraser à travers une partie du disque, disperser brièvement le gaz.

"Nous ne voyons normalement pas de variations comme celle-ci dans l'accumulation de trous noirs, " a déclaré Claudio Ricci, professeur assistant à l'Université Diego Portales de Santiago, Chili, et auteur principal de l'étude. "C'était tellement étrange qu'au début, nous pensions qu'il y avait peut-être quelque chose qui n'allait pas avec les données. Quand nous avons vu que c'était réel, c'était très excitant. Mais nous n'avions également aucune idée de ce à quoi nous avions affaire; personne à qui nous avons parlé n'avait rien vu de tel."

Presque toutes les galaxies de l'univers peuvent héberger un trou noir supermassif en son centre, comme celui de 1ES 1927+654, avec des masses des millions ou des milliards de fois supérieures à notre Soleil. Ils grandissent en consommant le gaz qui les entoure, autrement connu comme un disque d'accrétion. Parce que les trous noirs n'émettent ni ne reflètent la lumière, ils ne peuvent pas être vus directement, mais la lumière de leurs couronnes et disques d'accrétion offre un moyen d'en apprendre davantage sur ces objets sombres.

L'hypothèse star des auteurs est également étayée par le fait que quelques mois avant la disparition du signal de rayons X, observatoires sur Terre ont vu le disque s'éclaircir considérablement dans les longueurs d'onde de la lumière visible (celles qui peuvent être vues par l'œil humain). Cela pourrait avoir résulté de la collision initiale des débris stellaires avec le disque.

Creuser plus profond

L'événement de disparition dans 1ES 1927+654 est unique non seulement en raison du changement spectaculaire de luminosité, mais aussi à cause de la profondeur avec laquelle les astronomes ont pu l'étudier. L'éruption de lumière visible a incité Ricci et ses collègues à demander une surveillance de suivi du trou noir à l'aide de l'explorateur de composition intérieure de l'étoile à neutrons de la NASA (NICER), un télescope à rayons X à bord de la Station spatiale internationale. Au total, NICER a observé le système 265 fois en 15 mois. Une surveillance supplémentaire des rayons X a été obtenue grâce à l'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA - qui a également observé le système en lumière ultraviolette - ainsi qu'au réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires de la NASA (NuSTAR) et à l'observatoire XMM-Newton de l'ESA (Agence spatiale européenne) (qui a participation de la NASA).

Lorsque la lumière des rayons X de la couronne a disparu, NICER et Swift ont observé des rayons X de plus faible énergie du système de sorte que, collectivement, ces observatoires ont fourni un flux continu d'informations tout au long de l'événement.

Bien qu'une étoile capricieuse semble le coupable le plus probable, les auteurs notent qu'il pourrait y avoir d'autres explications à cet événement sans précédent. Une caractéristique remarquable des observations est que la baisse globale de la luminosité n'a pas été une transition en douceur :au jour le jour, les rayons X de basse énergie détectés par NICER ont montré une variation dramatique, changeant parfois de luminosité d'un facteur 100 en aussi peu que huit heures. Dans des cas extrêmes, les couronnes de trous noirs sont connues pour devenir 100 fois plus lumineuses ou plus sombres, mais sur des délais beaucoup plus longs. Des changements aussi rapides se produisant continuellement pendant des mois étaient extraordinaires.

"Cet ensemble de données contient de nombreuses énigmes, " a déclaré Erin Kara, professeur adjoint de physique au Massachusetts Institute of Technology et co-auteur de la nouvelle étude. "Mais c'est excitant, parce que cela signifie que nous apprenons quelque chose de nouveau sur l'univers. Nous pensons que l'hypothèse de l'étoile est bonne, mais je pense aussi que nous allons analyser cet événement pendant longtemps."

Il est possible que ce type de variabilité extrême soit plus fréquent dans les disques d'accrétion de trous noirs que ne le pensent les astronomes. De nombreux observatoires en fonctionnement et à venir sont conçus pour rechercher des changements à court terme dans les phénomènes cosmiques, une pratique connue sous le nom d'« astronomie dans le domaine temporel, " qui pourrait révéler plus d'événements comme celui-ci.

"Cette nouvelle étude est un excellent exemple de la façon dont la flexibilité dans la planification des observations permet aux missions de la NASA et de l'ESA d'étudier des objets qui évoluent relativement rapidement et de rechercher des changements à plus long terme dans leur comportement moyen. " a déclaré Michael Loewenstein, co-auteur de l'étude et astrophysicien pour la mission NICER à l'Université du Maryland College Park et au Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Ce trou noir d'alimentation reviendra-t-il à l'état dans lequel il se trouvait avant l'événement de perturbation ? Ou le système a-t-il été fondamentalement modifié ? Nous poursuivons nos observations pour le découvrir."