2019 09 11 – ESA
Des éclats périodiques peuvent projeter de la lumière sur le disque d’accrétion d’un trou noir
Un trou noir au cœur de l’augmentation de luminosité d’une galaxie distante
Voici une vue en rayons-X du trou noir au cœur de la galaxie éloignée GSN 069, à environ 250 millions d’années-lumière, reposant sur les données de l’observatoire XMM-Newton de l’ESA. La partie supérieure de l’animation montre les observations actuelles et, le graphe de la partie basse montre les variations de l’intensité des rayons-X de la source par rapport à son plancher « dormant ».
Cette animation est basée sur près de 40 heures d’observations de cette source, qui produit des flashes jamais vus auparavant, appelées « Éruptions Quasi Périodiques » (QPE en anglais) toutes les 9 heures. La séquence a été accélérée à des fins d’illustration ; chaque point du graphe correspond à 3 minutes d’exposition de XMM-Newton.
Ces sursauts ont été détectés pour la première fois le 24 décembre 2018, quand la source a été le siege d’une augmentation de luminosité d’un facteur 1 à 100, puis a diminué jusqu’à son niveau normal dans l’heure qui suivait et est remontée à nouveau 9 heures plus tard.
Bien que jamais observé auparavant, les scientifiques pensent que des sursauts périodiques comme celui-ci sont communs dans l’Univers.
« Ce fut totalement inattendu », dit Giovanni Miniutti, du Centre d’Astrobiologíe de Madrid en Espagne, auteur principal de la publication faite aujourd’hui dans le magazine Nature.
« Les trous noirs géants vacillent régulièrement comme une bougie, mais les changements rapides et répétés observés dans GSN 069 depuis décembre sont quelque chose de complètement nouveau ».
Des observations ultérieures, réalisées par XMM-Newton ainsi que par l’observatoire Chandra de la NASA en rayons-X, dans les mois suivants ont confirmé que ce trou noir distant continuait à la même cadence, émettant des sursauts périodiques toutes les 9 heures. Les chercheurs appelent cela des Éruptions Quasi Périodiques » (QPE).
L’image principale de ce graphique représente la lumière visible, prise par le « Digitized Sky Survey » autour de la galaxie GSN 069. Le plus petit encadré donne un time-lapse des données de Chandra sur une période de 20 heures les 14 et 15 février 2019. La séquence est en boucle pour montrer l’évolution de la luminosité de la source au centre de GSN 069 qui change régulièrement dans cette animation.
L’observatoire XMM-Newton de l’ESA en rayons-X a été le premier à découvrir ce phénomène en détectant deux sursauts s’parés de 9 heures le 24 décembre 2018. Les scientifiques ont, par la suite, observé d’autres sursauts similaires.
« Les émissions de rayons-X viennent de la matière accrétée dans le trou noir et qui s’échauffe dans le processus », explique Giovanni.
« Il y a des différents mécanismes dans le disque d’accrétion qui peuvent provoquer ce type de signal quasi périodique, potentiellement liés aux instabilités dans le flot de l’accrétion proche du trou noir central ».
« Ou bien les éruptions peuvent être dues à l’interaction entre la matière du disque avec un autre corps, un autre trou noir ou le rémanent d’une étoile préalablement disloquée par le trou noir ».
Il est possible que ce phénomène n’ait pas été identifié plus tôt car la plupart des trous noirs au centre des galaxies lointaines, avec des masses allant de millions à milliards de fois celle de notre Soleil, sont beaucoup plus grandes que celle de GSN 069, dont le trou noir n’est “seulement que 400.000 fois plus massif que notre Soleil”.
Plus les trous noirs sont grands et massifs, plus leurs fluctuations lumineuses sont lentes, et ces trous noirs n’entrent pas en éruption toutes les 9 heures, mais avec des délais de plusieurs mois, voire plusieurs années. Cela rendrait leur détection improbable car les observations ne durent pas aussi longtemps.
Et il y a plus encore. Les éruptions quasi-périodique comme cette trouvée dans GSN 069 pourraient nous fournir un cadre naturel pour interpréter des modèles déroutants observés dans un nombre significatif de trous noirs actifs, dont la luminosité semble changer trop vite pour être facilement expliquée par les modèles théoriques actuels.
« Nous connaissons beaucoup de trous noirs massifs dont la luminosité augmente ou diminue par de très grands facteurs, jours ou mois, alors qu’on s’attend à ce qu’ils varient à une vitesse plus lente », dit Giovanni.
« Mais, si quelques-unes de ces “variabilités” correspondent à l’augmentation ou à la diminution des phases d’éruption, semblables à celle découverte dans GSN 069, alors la variabilité rapide de ces systèmes, qui apparaît aujourd’hui comme impossible, pourrait désormais être prise en compte. De nouvelles données et des études ultérieures nous diront si cette analogie tient réellement ».
© ESA – Traduction : Olivier Sabbagh