Premières observations directes d’une étoile engloutie par un trou noir supermassif

Avant et pendant le repas du trou noir supermassif

Une équipe d’astrophysiciens a réussie à observer directement le repas d’un trou noir supermassif tapi dans une lointaine galaxie. Une tâche laborieuse car pour y parvenir, il leur a fallu passer au crible des centaines de clichés (capturés avec GALEX – GALaxy Evolution eXplorer – et le télescope Pan-STARRS1 – Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System – basé à Hawaï) peuplés de milliers de galaxies, dans différentes direction de l’Univers. L’enjeu était de détecter la présence inhabituelle et/ou soudaine de jets de gaz chauds – dans l‘ultraviolet – au centre des galaxies sondées. En juin 2010, ils eurent la chance d’en remarquer une, à environ 2,7 milliards d’années-lumière de nous. Quelques temps plutôt, la même galaxie ne montrait pas de noyau aussi brillant. Menant des observations avec des télescopes terrestres et spatiaux, les chercheurs ont pu recueillir un nombre de preuves suffisantes que cet accroissement soudain de lumière était imputable à la voracité d’un trou noir supermassif. Mieux ! Sa luminosité et l’étude de son spectre ont révélé la nature de la victime … Une étoile riche en hélium. “C’est comme si nous ramassions des preuves sur une scène de crime” raconte Suvi Gazeri (Université Johns Hopkins de Baltimore). Toutefois, ce n’est pas des éclaboussures de sang qu’ils ont découverts mais des traces abondantes d’hélium : “parce qu’il y a très peu d’hydrogène et beaucoup d’hélium dans le gaz que nous avons détecté dans ce carnage, nous savons que l’étoile déchiquetée devait avoir un coeur riche en hélium.” (Traduction approximative. Version originale :  »It is like we are gathering evidence from a crime scene. Because there is very little hydrogen and mostly helium in the gas we detect from the carnage, we know that the slaughtered star had to have been the helium-rich core of a stripper star”).

Selon les chercheurs, le repas de ce trou noir était une étoile de type géante rouge. A cours d’hydrogène (principal carburant des étoiles), le coeur de cette étoile en déclin s’est enrichi en hélium (au cours de sa vie, l’étoile a progressivement “transformée” toutes ses réserves d’hydrogène en hélium) et en a sans doute profité pour abandonner son enveloppe superficielle d’hydrogène, devenue trop frêle. Une mue d’étoile inachevée, … interrompue. Trop proche du trou noir tapi au centre de la galaxie, elle n’a pas résistée aux puissantes forces gravitationnelles. Empruntant une orbite elliptique qui l’a rapprochée inexorablement de la “bouche” béante et invisible, la victime s’est laissée détricotée puis “brillamment” happée. L’écharpe de gaz s’enroulant autour du monstre (le gaz se déplaçait à plus de 32 millions de km par heure) s’est alors enflammée. La signature (spectrale) n’a pas échappée aux télescopes terrestres, à plus de 2,7 milliards d’années-lumière de distance. “Une crêpe stellaire flambée” qui a donc était remarquée 2,7 milliards d’années après les faits … !

Au cours du premier mois d’observation (juin 2010), la luminosité du centre de la galaxie a considérablement augmentée. L’activité était maximale. Puis elle a progressivement diminuée durant les 12 mois suivants. Pour écarter définitivement l’hypothèse d’une supernova et aussi celle d’un noyau actif de galaxie, les chercheurs ont mis à contribution plusieurs télescopes (GALEX, MMT, Chandra) pour récolter un maximum d’informations.
La mesure de sa luminosité a permis d’évaluer approximativement la masse du trou noir. Supermassif, il serait comparable à Sagittarius A* qui occupe le centre de la Voie Lactée, dont la masse atteint 4,3 millions de fois celle du Soleil !

Crédit photo : NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University), A. Rest (STScI) et R. Chornock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics).