La simulation informatique de la perturbation d'une étoile par un trou noir montre la formation d'un disque d'accrétion excentrique de matière stellaire en spirale dans le trou noir. Cette image d'une vidéo de la simulation montre le stade précoce de la formation du disque. Crédit :Jamie Law-Smith et Enrico Ramirez-Ruiz
Quand une étoile passe trop près d'un trou noir supermassif, les forces de marée le déchirent, produisant un éclat lumineux de rayonnement lorsque la matière de l'étoile tombe dans le trou noir. Les astronomes étudient la lumière de ces "événements de perturbation des marées" (TDE) pour trouver des indices sur le comportement d'alimentation des trous noirs supermassifs qui se cachent au centre des galaxies.
De nouvelles observations TDE menées par des astronomes de l'UC Santa Cruz fournissent désormais des preuves claires que les débris de l'étoile forment un disque en rotation, appelé disque d'accrétion, autour du trou noir. Les théoriciens se demandent si un disque d'accrétion peut se former efficacement lors d'un événement de perturbation de la marée, et les nouvelles découvertes, accepté pour publication dans le Journal d'astrophysique et disponible en ligne, devrait aider à résoudre cette question, a déclaré le premier auteur Tiara Hung, chercheur postdoctoral à l'UC Santa Cruz.
« Dans la théorie classique, la fusée TDE est alimentée par un disque d'accrétion, produire des rayons X à partir de la région interne où le gaz chaud s'enroule dans le trou noir, " dit Hung. " Mais pour la plupart des TDE, nous ne voyons pas les rayons X - ils brillent principalement dans les longueurs d'onde ultraviolettes et optiques - il a donc été suggéré que, au lieu d'un disque, nous voyons des émissions provenant de la collision de flux de débris stellaires."
Coauteurs Enrico Ramirez-Ruiz, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'UCSC, et Jane Dai de l'Université de Hong Kong ont développé un modèle théorique, publié en 2018, cela peut expliquer pourquoi les rayons X ne sont généralement pas observés dans les TDE malgré la formation d'un disque d'accrétion. Les nouvelles observations soutiennent fortement ce modèle.
"C'est la première confirmation solide que des disques d'accrétion se forment lors de ces événements, même quand on ne voit pas les rayons X, " Ramirez-Ruiz a déclaré. " La région proche du trou noir est obscurcie par un vent optiquement épais, donc nous ne voyons pas les émissions de rayons X, mais nous voyons la lumière optique d'un disque elliptique étendu."
Preuve révélatrice
La preuve révélatrice d'un disque d'accrétion provient d'observations spectroscopiques. Co-auteur Ryan Foley, professeur assistant d'astronomie et d'astrophysique à l'UCSC, et son équipe ont commencé à surveiller le TDE (nommé AT 2018hyz) après sa première détection en novembre 2018 par le All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). Foley a remarqué un spectre inhabituel en observant le TDE avec le télescope Shane de 3 mètres à l'observatoire Lick de l'UC dans la nuit du 1er janvier. 2019.
Un modèle d'émission ultraviolette et optique de l'événement de perturbation de marée AT 2018hyz est montré dans ce diagramme schématique. Comme un disque d'accrétion se forme rapidement après le TDE, il génère une émission de rayons X (flèches noires) à petits rayons, qui n'est visible qu'à travers l'entonnoir vertical. Dans d'autres directions, les rayons X sont retraités par la photosphère ou le vent, alimentant les émissions ultraviolettes et optiques. L'émission d'hydrogène est produite sur deux sites distincts à l'extérieur de la photosphère :un grand disque elliptique (code couleur par vitesse pour montrer la rotation) rejoint par le matériau de repli, et une large région de raie d'émission (BLR) qui est probablement créée par un vent provoqué par le rayonnement (zone ombrée en violet). Crédit :Tiara Hung
"Ma mâchoire a chuté, et j'ai tout de suite su que ça allait être intéressant, ", a-t-il déclaré. "Ce qui est ressorti, c'est la ligne d'hydrogène - l'émission d'hydrogène gazeux - qui avait un profil à double pic qui ne ressemblait à aucun autre TDE que nous ayons vu."
Foley a expliqué que le double pic dans le spectre résulte de l'effet Doppler, qui décale la fréquence de la lumière émise par un objet en mouvement. Dans un disque d'accrétion en spirale autour d'un trou noir et vu sous un angle, une partie du matériel se déplacera vers l'observateur, donc la lumière qu'il émet sera décalée vers une fréquence plus élevée, et une partie du matériel s'éloignera de l'observateur, sa lumière s'est déplacée vers une fréquence inférieure.
"C'est le même effet qui fait passer le son d'une voiture sur une piste de course d'un ton aigu lorsque la voiture vient vers vous à un ton plus bas lorsqu'elle passe et commence à s'éloigner de vous, " Foley a dit. " Si vous êtes assis dans les gradins, les voitures d'un virage se dirigent toutes vers vous et les voitures de l'autre virage s'éloignent de vous. Dans un disque d'accrétion, le gaz se déplace autour du trou noir de la même manière, et c'est ce qui donne les deux pics du spectre."
L'équipe a continué à recueillir des données au cours des prochains mois, observer le TDE avec plusieurs télescopes au fur et à mesure de son évolution. Hung a mené une analyse détaillée des données, ce qui indique que la formation du disque a eu lieu relativement rapidement, en quelques semaines après la perturbation de l'étoile. Les résultats suggèrent que la formation de disques peut être courante parmi les TDE détectés optiquement malgré la rareté des émissions à double pic, qui dépend de facteurs tels que l'inclinaison du disque par rapport aux observateurs.
