Vue d'artiste du trou noir supermassif secondaire nouvellement découvert en orbite autour du principal, trou noir supermassif central de la galaxie Cygnus A. Crédit :Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Pointant le Very Large Array (VLA) vers une galaxie célèbre pour la première fois en deux décennies, une équipe d'astronomes a eu une grosse surprise, constatant qu'un nouvel objet brillant était apparu près du noyau de la galaxie. L'object, les scientifiques ont conclu, est soit un type très rare d'explosion de supernova, soit, plus probable, une explosion d'un deuxième trou noir supermassif en orbite autour du primaire de la galaxie, trou noir supermassif central.
Les astronomes ont observé Cygnus A, une galaxie bien connue et souvent étudiée découverte par le pionnier de la radioastronomie Grote Reber en 1939. La découverte radio a été associée à une image en lumière visible en 1951, et la galaxie, à 800 millions d'années-lumière de la Terre, était l'une des premières cibles du VLA après son achèvement au début des années 1980. Des images détaillées du VLA publiées en 1984 ont produit des avancées majeures dans la compréhension des scientifiques des "jets" ultrarapides de particules subatomiques propulsées dans l'espace intergalactique par l'énergie gravitationnelle des trous noirs supermassifs au cœur des galaxies.
"Ce nouvel objet a peut-être beaucoup à nous dire sur l'histoire de cette galaxie, " a déclaré Daniel Perley, de l'Astrophysics Research Institute de l'Université John Moores de Liverpool au Royaume-Uni, auteur principal d'un article dans le Journal d'astrophysique annonçant la découverte.
"Les images VLA de Cygnus A des années 1980 ont marqué l'état de la capacité d'observation à cette époque, " a déclaré Rick Perley, de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO). "À cause de ça, nous n'avons revu Cygnus A qu'en 1996, lorsque la nouvelle électronique VLA avait fourni une nouvelle gamme de fréquences radio pour nos observations. » Le nouvel objet n'apparaît pas dans les images réalisées alors.
"Toutefois, la mise à niveau du VLA qui a été achevée en 2012 en a fait un télescope beaucoup plus puissant, nous voulions donc jeter un œil au Cygnus A en utilisant les nouvelles capacités du VLA, " dit Perley.
Daniel et Rick Perley, avec Vivek Dhawan, et Chris Carilli, tous les deux de la NRAO, commencé les nouvelles observations en 2015, et les a poursuivis en 2016.
"À notre surprise, nous avons trouvé une nouvelle caractéristique importante près du noyau de la galaxie qui n'apparaissait dans aucune des images publiées précédemment. Cette nouvelle fonctionnalité est suffisamment lumineuse pour que nous l'ayons certainement vue dans les images précédentes si rien n'avait changé, " a déclaré Rick Perley. " Cela signifie qu'il a dû s'allumer entre 1996 et maintenant, " il ajouta.
Les scientifiques ont ensuite observé Cygnus A avec le Very Long Baseline Array (VLBA) en novembre 2016, détecter clairement le nouvel objet. Un objet infrarouge faible est également vu au même endroit dans les observations du télescope spatial Hubble et de Keck, fait à l'origine entre 1994 et 2002. Les astronomes infrarouges, du Laboratoire national Lawrence Livermore, avait attribué l'objet à un groupe dense d'étoiles, mais l'éclaircissement dramatique de la radio oblige à une nouvelle analyse.
Images radio VLA (orange) de la région centrale de Cygnus A, superposée à l'image du télescope spatial Hubble, de 1989 à 2015. GIF animé. Crédit :Perley, et al., NRAO/AUI/NSF, Nasa
Quel est le nouvel objet ? Sur la base de ses caractéristiques, les astronomes ont conclu qu'il devait s'agir soit d'une explosion de supernova, soit d'une explosion d'un deuxième trou noir supermassif près du centre de la galaxie. Alors qu'ils veulent surveiller le comportement futur de l'objet pour s'assurer, ils ont souligné que l'objet est resté trop brillant pendant trop longtemps pour être compatible avec n'importe quel type connu de supernova.
"A cause de cette luminosité extraordinaire, nous considérons l'explication de la supernova peu probable, " a déclaré Dhawan.
Alors que le nouvel objet est définitivement séparé du trou noir supermassif central de Cygnus A, d'environ 1500 années-lumière, il possède bon nombre des caractéristiques d'un trou noir supermassif qui se nourrit rapidement des matériaux environnants.
"Nous pensons avoir trouvé un deuxième trou noir supermassif dans cette galaxie, indiquant qu'elle a fusionné avec une autre galaxie dans un passé astronomiquement récent, " a déclaré Carilli. "Ces deux seraient l'une des paires de trous noirs supermassifs les plus proches jamais découvertes, susceptibles de fusionner à l'avenir."
Les astronomes ont suggéré que le deuxième trou noir est devenu visible pour le VLA ces dernières années parce qu'il a rencontré une nouvelle source de matière à dévorer. Ce matériel, ils ont dit, pourrait être soit du gaz perturbé par la fusion des galaxies, soit une étoile qui est passée suffisamment près du trou noir secondaire pour être déchiquetée par sa puissante gravité.
"Des observations supplémentaires nous aideront à résoudre certaines de ces questions. De plus, s'il s'agit d'un trou noir secondaire, nous pourrons peut-être en trouver d'autres dans des galaxies similaires, ", a déclaré Daniel Perley.
Rick Perley était l'un des astronomes qui ont fait les observations originales de Cygnus A avec le VLA dans les années 1980. Daniel Perley est son fils, maintenant aussi un astronome de recherche.
"Daniel n'avait que deux ans lorsque j'ai observé pour la première fois Cygnus A avec le VLA, " dit Rick. En tant qu'élève du secondaire à Socorro, Nouveau Mexique, Daniel a utilisé les données VLA pour un projet d'expo-sciences primé qui l'a amené au niveau international de la compétition, puis a obtenu un doctorat en astronomie.
