Dans la galaxie Whirlpool voisine et sa galaxie compagne, M51b, deux trous noirs supermassifs se réchauffent et dévorent les matériaux environnants. Ces deux monstres devraient être les sources de rayons X les plus lumineuses en vue, mais une nouvelle étude utilisant les observations de la mission NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA montre qu'un objet beaucoup plus petit est en concurrence avec les deux mastodontes.

Les caractéristiques les plus étonnantes de la galaxie Whirlpool - officiellement connue sous le nom de M51a - sont les deux longues, « bras » remplis d'étoiles s'enroulant autour du centre galactique comme des rubans. Le M51b, beaucoup plus petit, s'accroche comme une bernacle au bord du Whirlpool. Connu collectivement sous le nom de M51, les deux galaxies fusionnent.

Au centre de chaque galaxie se trouve un trou noir supermassif des millions de fois plus massif que le Soleil. La fusion galactique devrait pousser d'énormes quantités de gaz et de poussière dans ces trous noirs et en orbite autour d'eux. À son tour, la gravité intense des trous noirs devrait faire chauffer et rayonner ce matériau en orbite, formant des disques brillants autour de chacun qui peuvent éclipser toutes les étoiles de leurs galaxies.

Mais aucun des deux trous noirs ne rayonne aussi intensément dans la gamme des rayons X que les scientifiques pourraient s'y attendre lors d'une fusion. Sur la base d'observations antérieures de satellites qui détectent les rayons X de faible énergie, comme l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, les scientifiques pensaient que des couches de gaz et de poussière autour du trou noir dans la plus grande galaxie bloquaient les émissions supplémentaires. Mais la nouvelle étude, publié dans le Journal d'astrophysique , utilisé la vision à rayons X à haute énergie de NuSTAR pour regarder sous ces couches et a constaté que le trou noir est toujours plus sombre que prévu.

"Je suis toujours surpris par cette découverte, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Murray Brightman, chercheur au Caltech à Pasadena, Californie. "Les fusions galactiques sont censées générer une croissance des trous noirs, et la preuve en serait une forte émission de rayons X de haute énergie. Mais on ne voit pas ça ici."

Brightman pense que l'explication la plus probable est que les trous noirs "scintillent" lors des fusions galactiques plutôt que de rayonner avec une luminosité plus ou moins constante tout au long du processus.

"L'hypothèse vacillante est une idée nouvelle dans le domaine, " a déclaré Daniel Stern, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena et scientifique du projet pour NuSTAR. "Nous avions l'habitude de penser que la variabilité des trous noirs se produisait sur des échelles de temps de millions d'années, mais maintenant nous pensons que ces délais pourraient être beaucoup plus courts. Déterminer à quel point est court un domaine d'étude actif."

Petit mais brillant

Avec les deux trous noirs rayonnant moins que les scientifiques ne l'avaient prévu dans M51a et M51b, le premier héberge également un objet qui est des millions de fois plus petit que l'un ou l'autre des trous noirs, mais qui brille avec la même intensité. Les deux phénomènes ne sont pas liés, mais ils créent un paysage de rayons X surprenant dans M51.

La petite source de rayons X est une étoile à neutrons, une pépite incroyablement dense de matière laissée après l'explosion d'une étoile massive à la fin de sa vie. Une étoile à neutrons typique a un diamètre des centaines de milliers de fois plus petit que le Soleil - seulement aussi large qu'une grande ville - mais a une masse une à deux fois supérieure. Une cuillère à café de matière d'étoile à neutrons pèserait plus d'un milliard de tonnes.

Malgré leur taille, les étoiles à neutrons se font souvent connaître par des émissions lumineuses intenses. L'étoile à neutrons trouvée dans M51 est encore plus brillante que la moyenne et appartient à une classe nouvellement découverte connue sous le nom d'étoiles à neutrons ultralumineuses. Brightman a déclaré que certains scientifiques ont proposé que les champs magnétiques puissants générés par l'étoile à neutrons pourraient être responsables de l'émission lumineuse; un article précédent de Brightman et de ses collègues sur cette étoile à neutrons soutient cette hypothèse. Certains des autres brillants, les sources de rayons X de haute énergie observées dans ces deux galaxies pourraient également être des étoiles à neutrons.