Données du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA (jaune-blanc) et de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA (violet). La source violet-blanc en bas à gauche montre l'émission de rayons X des restes d'une étoile qui a été déchirée alors qu'elle tombait vers un trou noir de masse intermédiaire. La galaxie hôte du trou noir est située au milieu de l'image. Crédit :Rayons X :NASA/CXC/UNH/D.Lin et al, Optique :NASA/ESA/STScI
L'observatoire XMM-Newton de l'ESA a découvert le meilleur candidat pour un type de phénomène cosmique très rare et insaisissable :un trou noir de poids moyen en train de se déchirer et de se régaler d'une étoile proche.
Il existe différents types de trous noirs qui se cachent dans l'Univers :les étoiles massives créent des trous noirs de masse stellaire lorsqu'elles meurent, tandis que les galaxies hébergent en leur centre des trous noirs supermassifs, avec des masses équivalentes à des millions ou des milliards de Soleils.
Entre ces extrêmes se trouve un membre plus discret de la famille des trous noirs :les trous noirs de masse intermédiaire. Considéré comme des graines qui finiront par devenir supermassives, ces trous noirs sont particulièrement insaisissables, et donc très peu de candidats robustes ont jamais été trouvés.
Maintenant, une équipe de chercheurs utilisant les données de l'observatoire spatial XMM-Newton de l'ESA, ainsi que l'observatoire Chandra X-Ray et le télescope Swift X-Ray de la NASA, a trouvé un rare signe révélateur d'activité. Ils ont détecté une énorme éruption de rayonnement à la périphérie d'une galaxie lointaine, jetée car une étoile est passée trop près d'un trou noir et a ensuite été dévorée.
"C'est incroyablement excitant :ce type de trou noir n'a jamais été repéré aussi clairement auparavant, " déclare le scientifique principal Dacheng Lin de l'Université du New Hampshire, ETATS-UNIS.
« Quelques candidats ont été trouvés, mais dans l'ensemble ils sont extrêmement rares et très recherchés. C'est le meilleur candidat trou noir de masse intermédiaire observé jusqu'à présent."
On pense que cette race de trou noir se forme de diverses manières. Un scénario de formation est la fusion galopante d'étoiles massives situées dans des amas d'étoiles denses, faisant des centres de ces grappes l'un des meilleurs endroits pour les chasser. Cependant, au moment où ces trous noirs se sont formés, ces sites ont tendance à être dépourvus de gaz, laissant les trous noirs sans matière à consommer et donc peu de rayonnement à émettre, ce qui les rend extrêmement difficiles à repérer.
"L'une des rares méthodes que nous pouvons utiliser pour essayer de trouver un trou noir de masse intermédiaire est d'attendre qu'une étoile passe près de lui et soit perturbée - cela " réactive " essentiellement l'appétit du trou noir et l'incite à émettre un flambée que l'on peut observer, " ajoute Lin.
La source de rayons X 3XMM J215022.4−055108, vue avec l'observatoire spatial à rayons X XMM-Newton de l'ESA en 2006 (à gauche) et en 2009 (à droite). C'est le meilleur candidat de tous les temps pour un type de phénomène cosmique très rare et insaisissable :un soi-disant trou noir de masse intermédiaire en train de se déchirer et de se régaler d'une étoile proche. Cette race rare de trou noir a été repérée alors qu'elle perturbait et déchirait une étoile voisine, se gaver des débris qui en résultent et projeter une énorme quantité de lumière dans le processus. Il a une masse d'environ cinquante mille fois celle du Soleil, et est situé dans un amas massif d'étoiles à la périphérie d'une galaxie à quelque 740 millions d'années-lumière. Une comparaison entre ces deux images montre comment le sursaut d'énergie libéré par ce puissant événement a progressivement diminué au fil des ans. Crédit :Agence spatiale européenne
"Ce genre d'événement n'a été clairement vu qu'au centre d'une galaxie auparavant, pas sur les bords extérieurs."
Lin et ses collègues ont passé au crible les données de XMM-Newton pour trouver le candidat. Ils l'ont identifié dans les observations d'une grande galaxie à quelque 740 millions d'années-lumière, prises en 2006 et 2009 dans le cadre d'un relevé galactique, et dans des données supplémentaires de Chandra (2006 et 2016) et Swift (2014).
"Nous avons également regardé des images de la galaxie prises par toute une série d'autres télescopes, pour voir à quoi ressemblait l'émission optiquement, " déclare le co-auteur Jay Strader de la Michigan State University, ETATS-UNIS.
"Nous avons repéré la source flamboyante dans deux images de 2005 - elle est apparue beaucoup plus bleue et plus lumineuse qu'elle ne l'était il y a quelques années à peine. En comparant toutes les données, nous avons déterminé que la malheureuse étoile a probablement été perturbée en octobre 2003 à notre époque, et a produit une explosion d'énergie qui s'est décomposée au cours des 10 années suivantes."
Les scientifiques pensent que l'étoile a été perturbée et déchirée par un trou noir d'une masse d'environ cinquante mille fois celle du Soleil.
De telles explosions déclenchées par des étoiles ne devraient se produire que rarement à partir de ce type de trou noir, cette découverte suggère donc qu'il pourrait y en avoir beaucoup plus dans un état dormant dans les périphéries des galaxies à travers l'Univers local.
"Ce candidat a été découvert via une recherche intensive du catalogue de sources de rayons X de XMM-Newton, qui est rempli de données de haute qualité couvrant de vastes zones du ciel, essentiel pour déterminer la taille du trou noir et ce qui est arrivé à la cause de l'explosion de rayonnement observée, " dit Norbert Schartel, Scientifique du projet ESA pour XMM-Newton.
« Le catalogue de sources de rayons X XMM-Newton est actuellement le plus grand catalogue de ce type, contenant plus d'un demi-million de sources :des objets exotiques comme celui découvert dans notre étude y sont encore cachés et attendent d'être découverts grâce à un data mining intensif, " ajoute la co-auteur Natalie Webb, directeur du XMM-Newton Survey Science Center à l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) de Toulouse, La France.
"En savoir plus sur ces objets et les phénomènes associés est la clé de notre compréhension des trous noirs. Nos modèles s'apparentent actuellement à un scénario dans lequel une civilisation extraterrestre observe la Terre et repère des grands-parents laissant tomber leurs petits-enfants à l'école maternelle :ils pourraient supposer qu'il y a quelque chose intermédiaire pour s'adapter à leur modèle de durée de vie humaine, mais sans observer ce lien, il n'y a aucun moyen de savoir avec certitude. Cette découverte est extrêmement importante, et montre que la méthode de découverte employée ici est bonne à utiliser, " conclut Norbert.
