Étoile détruite par trou noir errant
En 2024, un système conçu pour détecter des événements de brusque éclaircissement a découvert quelque chose d’étrange. Cependant, le système automatisé chargé d’identifier l’objet n’a pas réussi à déterminer ce qu’il observait. Près d’un an plus tard, nous savons qu’il s’agissait du premier événement de rupture gravitationnelle — où une étoile est déchirée par un trou noir supermassif — observé en lumière visible. Fait inhabituel, le trou noir ne se trouve pas au centre de sa galaxie. Un objet encore plus massif y réside, consommant activement de la matière en même temps.
L’objet, désormais nommé AT2024tvd, a été découvert par le Zwicky Transient Facility, qui scrute le ciel boréal tous les deux jours. Son logiciel détecte les changements soudains de luminosité, y compris les événements de rupture gravitationnelle où une étoile est arrachée par un trou noir supermassif.
La position inhabituelle de AT2024tvd défie les schémas typiques des événements de rupture gravitationnelle
En général, les trous noirs supermassifs se trouvent au centre des galaxies. C’est pourquoi le logiciel de détection ne signale un événement potentiel de rupture gravitationnelle que s’il correspond à une source lumineuse déjà observée au même endroit. Ce n’était pas le cas pour AT2024tvd, qui semblait situé à plus de 2 500 années-lumière du centre de la galaxie. Pour cette raison, le logiciel ne l’a pas identifié comme un événement possible de rupture gravitationnelle, et ce n’est qu’après des recherches plus poussées que sa véritable nature a été comprise.
Heureusement, les chercheurs ont pu organiser des observations complémentaires sur un large éventail de longueurs d’onde, allant des rayons X aux ondes radio. Le télescope spatial Hubble et le Very Large Array ont tous deux distingué l’objet devenu lumineux (AT2024tvd) ainsi qu’un point brillant au centre de la galaxie, probablement le trou noir supermassif central. L’intensité de cette luminosité suggère que le trou noir est actuellement en train de consommer de la matière.
Des preuves d’observation confirment qu’AT2024tvd est un événement de rupture gravitationnelle
Toutes les observations ont confirmé qu’AT2024tvd est bien un événement de rupture gravitationnelle. Par exemple, il a conservé une température élevée tout au long des observations, contrairement à une supernova qui a tendance à se refroidir avec le temps. De plus, les rayons X à haute énergie étaient moins nombreux que ce à quoi on s’attend pour une supernova. Le spectre UV correspondait à celui d’autres événements de rupture gravitationnelle, révélant des éléments comme le carbone et l’azote, qui ne nécessitent pas une supernova pour se former.
Cela en fait le quatrième événement de rupture gravitationnelle lié à un trou noir supermassif situé en dehors du centre galactique, et le premier à avoir été identifié initialement dans le spectre visible.
Cela soulève deux questions : pourquoi y a-t-il deux trous noirs supermassifs ici, et pourquoi l’un d’eux se trouve-t-il loin du centre de la galaxie ? La première question trouve une réponse relativement simple. Il semble que les grandes galaxies se forment par fusion de galaxies, un processus où plusieurs petites galaxies se combinent. Chacune de ces petites galaxies possède son propre trou noir. En général, ces nouveaux trous noirs supermassifs finissent par dériver vers le centre de la galaxie et fusionner avec le trou noir central.
Le processus graduel de fusion des trous noirs dans les grandes galaxies
Cependant, il est important de souligner les termes utilisés : « dans la plupart des cas » et « éventuellement ». Même lorsqu’une fusion a lieu, le processus est progressif et peut prendre des millions, voire des milliards d’années. Ainsi, une grande galaxie pourrait abriter jusqu’à 100 trous noirs extrêmement massifs en errance, dont une dizaine ayant une masse supérieure à un million de fois celle du Soleil. La galaxie où se trouve AT2024tvd est très grande.
Une conséquence de ces trous noirs errants est que tous ne finiront pas par fusionner. Si deux trous noirs s’approchent simultanément du trou noir central, des interactions gravitationnelles peuvent propulser le plus petit à une vitesse proche de celle nécessaire pour échapper totalement à la galaxie. Ces trous noirs supermassifs peuvent donc se retrouver loin du centre galactique pendant des millions d’années.
À ce jour, on ne sait pas encore quel scénario explique la position d’AT2024tvd. La galaxie en question ne semble pas avoir subi de fusion récente, mais il pourrait s’agir d’un vestige d’une fusion ancienne.
Il est intéressant de noter que toutes les galaxies dans lesquelles des événements de rupture gravitationnelle décentrés ont été observés sont très grandes. L’étude sur AT2024tvd suggère que les galaxies plus massives, ayant connu davantage de fusions, possèdent davantage de trous noirs supermassifs dispersés. Les chercheurs proposent également que les événements décentrés soient les seuls observables dans ces grandes galaxies. En effet, plus un trou noir supermassif est massif, plus son horizon des événements est étendu, ce qui permet aux étoiles d’y tomber intactes, toute l’énergie étant alors libérée à l’intérieur.
Si vous étiez suffisamment proche pour observer cela, l’étoile disparaîtrait probablement simplement du champ de vision.
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