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Observation d'une étoile absorbée par un trou noir

Vue d'artiste d'une dislocation d'étoile. Encart de gauche : galaxie hôte. Encart de droite : source XJ1500+0154. © Illustration : CXC/M. Weiss - Rayons X : NASA/CXC/UNH/D. Lin et al - Visible: CFHT

A l'aide de télescopes spatiaux, une équipe internationale d'astrophysiciens (incluant des chercheurs français) assiste depuis 2005 à la mort spectaculaire et prolongée d'une étoile, disloquée et avalée par un trou noir supermassif.

Depuis plus de 11 ans, un trio d'observatoires spatiaux à rayons X (les télescopes Chandra et Swift de la Nasa, et XMM-Newton de l'ESA) observe un événement remarquable, situé à une distance de 1,8 milliards d'années-lumière : un trou noir supermassif, XJ1500+154, qui engloutit de la matière à un rythme effréné, et qui n'a pas fini d'absorber une étoile qu'il a détruite par ses effets gravitationnels. La source X du phénomène a été détectée pour la première fois le 23 juillet 2005 par XMM-Newton, alors qu'elle n'apparaissait pas au même endroit dans une observation de Chandra faite trois mois auparavant, le 2 avril 2005. Le maximum d'intensité a été observé par Chandra le 5 juin 2008, avec une augmentation d'un facteur 100 en luminosité X. Depuis, Chandra, Swift et XMM-Newton poursuivent régulièrement leurs observations.

Une équipe d'astrophysiciens -dont plusieurs français- a publié le 6 février 2017 le résultat de ses recherches dans la revue Nature Astronomy, intitulé A likely decade-long sustained tidal disruption event (Un événement de perturbation des marées soutenu pendant une décennie). Ils pensent que l'exceptionnelle durée de l'émission de rayons X associée à la destruction de cette étoile implique qu'il s'agit de la plus grosse étoile disloquée par un trou noir jamais observée -elle pourrait avoir une masse au moins deux fois plus forte que celle du Soleil.

Le phénomène de dislocation d'une étoile survient lorsque celle-ci se rapproche trop près d'un trou noir et subit ses intenses forces de marée gravitationnelles. Lors de ce type d'événement, certains débris de l'étoile sont éjectés à de très grandes vitesses, tandis que le reste de la matière devient plus chaud lorsque celle-ci tombe sur le trou noir; ce qui génère un sursaut spécifique de lumière en rayons X.

Participation française.

D'après le communiqué de presse du CNRS, « les données en rayons X indiquent également que l'émission provenant de la matière autour du trou noir a dépassé de manière durable la limite d'Eddington. Cette limite correspond à une luminosité maximale pour la matière accrétée par le trou noir. Au-delà de cette limite, la pression de radiation issue de la matière accrétée prend le pas sur la gravité; ce qui conduit à l'apparition de vents de matière. »

« Cet événement peut améliorer notre compréhension de la croissance des trous noirs supermassifs dans l'Univers jeune, poursuit le communiqué. En effet, si les trous noirs supermassifs peuvent grossir, via des dislocations d'étoiles ou d'autres moyens, à des taux d'accrétion au dessus de la limite d'Eddington, cela pourrait expliquer comment les trous noirs supermassifs ont pu atteindre des masses d'environ 1 milliard de fois la masse du Soleil en seulement 1 milliard d'années. »

« Nous avons assisté à la mort spectaculaire et prolongée d'une étoile », a pour sa part déclaré le professeur Dacheng Lin, de l'Université du New Hampshire à Durham (Etats-Unis), qui a dirigé l'étude. « Des dizaines d'événements de destruction de marées ont été détectés depuis les années 1990, mais aucun n'est resté brillant aussi longtemps que celui-ci. », ajoute-t-il.

Les auteurs de l'article paru dans Nature Astronomy sont Dacheng Lin (University of New Hampshire), James Guillochon (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Stefanie Komossa (QianNan Normal University for Nationalities), Enrico Ramirez-Ruiz (University of California, Santa Cruz), Jimmy Irwin (University of Alabama), Peter Maksym (Harvard-Smithsonian), Dirk Grupe (Morehead State University), Olivier Godet (CNRS), Natalie Webb (CNRS), Didier Barret (CNRS), Ashley Zauderer (New York University), Pierre-Alain Duc (CEA-Saclay), Eleazar Carrasco (Gemini Observatory) et Stephen Gwyn (Herzberg Institute of Astrophysics).

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