Communiqué de presse

L’aspiration d’une étoile par un trou noir en rotation explique la survenue d’un phénomène super lumineux

Des télescopes de l’ESO permettent de réinterpréter une brillante explosion

12 décembre 2016

Une source de lumière ponctuelle et extraordinairement intense détectée au sein d’une lointaine galaxie et baptisée ASASSN-15lh fut récemment assimilée à la plus brillante des supernovae détectées à ce jour. De nouvelles observations effectuées au moyen de divers instruments, qui pour certains équipent des observatoires de l’ESO, viennent toutefois questionner cette classification. Une équipe d’astronomes propose en effet que cette source de lumière résulte d’un événement bien plus extrême et particulièrement rare : la dislocation d’une étoile passant à trop grande proximité d’un trou noir en rotation rapide.

En 2015, le sondage automatisé du ciel en quête de supernovae (ASAS-SN) a détecté la survenue d’un événement baptisé ASASSN-15lh, qui fut alors assimilé à la plus brillante des supernovae jamais observées, et catalogué parmi les supernovae superlumineuses – ou explosions de vieilles étoiles extrêmement massives. Cet événement était deux fois plus brillant que la précédente détentrice du record, son pic de luminosité s’avérant 20 fois supérieur à la quantité de lumière émise par la Voie Lactée dans son intégralité.

Une équipe internationale d’astronomes pilotée par Giorgos Leloudas de l’Institut Weizmann des Sciences en Israël et du Centre de Cosmologie Noire du Danemark, vient d’effectuer de nouvelles observations de cette galaxie distante de quelque 4 milliards d’années lumière de la Terre, au sein de laquelle cette explosion s’est produite. L’équipe a proposé un nouveau scénario explicatif de cet événement extraordinaire.

« Nous avons observé la source de lumière au cours des 10 mois succédant à la survenue de l’événement. Il est apparu que la probabilité qu’il s’agisse d’une supernova extrêmement brillante est très faible. Nos résultats suggèrent que cet événement résulte vraisemblablement de la dislocation d’une étoile de faible masse par un trou noir supermassif en rotation rapide », explique Giorgos Leloudas.

Dans ce scénario, l’attraction gravitationnelle d’une intensité extrême qu’exerce un trou noir supermassif situé au centre de la galaxie hôte a provoqué la dislocation de l’étoile de type Soleil qui s’en est trop approchée – un phénomène baptisé perturbation de marée qui, à ce jour, n’a fait l’objet que d’une dizaine d’observations. Au cours de ce processus, l’étoile a été transformée en spaghetti, les collisions entre les débris ainsi que la chaleur libérée lors de l’accrétion ont généré un sursaut de lumière. L’événement a ainsi pris l’aspect d’une explosion en supernova particulièrement intense, bien que l’étoile en question ne soit pas dotée d’une masse suffisante pour se changer seule en supernova.

L’équipe a basé ses nouvelles conclusions sur des observations effectuées au moyen de divers télescopes – opérant depuis le sol pour certains, depuis l’espace pour d’autres. Parmi ces instruments figurent le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire de Paranal de l’ESO, le New Technology Telescope (NTT) installé à l’Observatoire de La Silla de l’ESO, et le Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA [1]. Les observations avec le NTT ont été menées dans le cadre du Sondage Spectroscopique Public des Objets Transitoires de l’ESO (PESSTO).

« Certains éléments, totalement indépendants des observations, plaident en faveur d’une perturbation de marée plutôt que d’une supernova super lumineuse » ajoute Morgan Fraser de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni (aujourd’hui à l’University College de Dublin en Irlande), co-auteur de cette étude.

Les données ont notamment révélé la succession de trois phases distinctes au cours des 10 mois d’observations de suivi. En outre, ces données semblent en meilleure adéquation avec la survenue d’une perturbation de marée qu’avec l’explosion d’une supernova super lumineuse. La détection d’un sursaut ultraviolet ainsi que l’augmentation de température rendent un peu moins probable un événement de type supernova. Enfin, la localisation même de l’événement – une galaxie rouge, massive et passive – n’est pas propice à une explosion en supernova super lumineuse, qui généralement se produit au sein de galaxies naines de couleur bleue, caractérisées par un taux de formation stellaire élevé.

Bien que l’équipe considère peu plausible toute origine de type supernova, elle n’écarte pas la possibilité que l’événement résulte d’un phénomène autre que la classique perturbation de marée. Nicholas Stone de l’Université Columbia aux Etats-Unis, membre de l’équipe, précise : « La perturbation de marée que nous suggérons ne vaut que si le trou noir supermassif est en rotation. Nous soutenons que l’événement ASASSN-15lh résulte d’une perturbation de marée générée par un type de trou noir très particulier. »

Considérant la masse de la galaxie hôte, le trou noir central supermassif doit peser quelque cent millions de Soleils. En temps normal, un trou noir de cette masse ne peut disloquer une étoile située à l’extérieur de son horizon des événements – frontière en deçà de laquelle rien n’échappe à son attraction gravitationnelle. Toutefois, si ce trou noir est doté d’une vitesse de rotation élevée – il fait alors partie des trous noirs de type Kerr, la situation est différente. Cette limite ne s’applique plus.

“L’ensemble des données collectées ne nous permet pas d’affirmer avec certitude que l’événement baptisé ASASSN-15lh consistait en une perturbation de marée » conclut Giorgos Leloudas. « Toutefois, cette explication est de loin la plus plausible ».

Notes

[1] En complément des données issues du Very Large Telescope de l’ESO, du New Technology Telescope de l’ESO et du Télescope Spatial Hubble du consortium NASA/ESA, l’équipe a utilisé les résultats d’observations des télescopes suivants : - Las Cumbres Observatory Global Telescope (LCOGT), - Australia Telescope Compact Array, - ESA’s XMM-Newton, - Wide-Field Spectrograph (WiFeS) , - Magellan Telescope.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l’objet d’un article intitulé “The Superluminous Transient ASASSN-15lh as a Tidal Disruption Event from a Kerr Black Hole”, par G. Leloudas et al., à paraître au sein de la nouvelle revue Nature Astronomy.

L’équipe est composée de G. Leloudas (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel; Niels Bohr Institute, Copenhagen, Denmark), M. Fraser (University of Cambridge, Cambridge, UK), N. C. Stone (Columbia University, New York, USA), S. van Velzen (The Johns Hopkins University, Baltimore, USA), P. G. Jonker (Netherlands Institute for Space Research, Utrecht, the Netherlands; Radboud University Nijmegen, Nijmegen, the Netherlands), I. Arcavi (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California, Santa Barbara, USA), C. Fremling (Stockholm University, Stockholm, Sweden), J. R. Maund (University of Sheffield, Sheffield, UK), S. J. Smartt (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), T. Krühler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Germany), J. C. A. Miller-Jones (ICRAR - Curtin University, Perth, Australia), P. M. Vreeswijk (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Gal-Yam (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), P. A. Mazzali (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching b. München, Germany), A. De Cia (European Southern Observatory, Garching b. München, Germany), D. A. Howell (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), C. Inserra (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), F. Patat (European Southern Observatory, Garching b. München, Germany), A. de Ugarte Postigo (Instituto de Astrofisica de Andalucia, Granada, Spain; Niels Bohr Institute, Copenhagen, Denmark), O. Yaron (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), C. Ashall (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK), I. Bar (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), H. Campbell (University of Cambridge, Cambridge, UK; University of Surrey, Guildford, UK), T.-W. Chen (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching b. München, Germany), M. Childress (University of Southampton, Southampton, UK), N. Elias-Rosa (Osservatoria Astronomico di Padova, Padova, Italy), J. Harmanen (University of Turku, Piikkiö, Finland), G. Hosseinzadeh (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), J. Johansson (Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), T. Kangas (University of Turku, Piikkiö, Finland), E. Kankare (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), S. Kim (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), H. Kuncarayakti (Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile; Universidad de Chile, Santiago, Chile), J. Lyman (University of Warwick, Coventry, UK), M. R. Magee (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), K. Maguire (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), D. Malesani (University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark; DTU Space, Denmark), S. Mattila (University of Turku, Piikkiö, Finland; Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), University of Turku, Piikkiö, Finland; University of Cambridge, Cambridge, UK), C. V. McCully (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network, Goleta, USA; University of California Santa Barbara, Santa Barbara, USA), M. Nicholl (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), S. Prentice (Liverpool John Moores University, Liverpool, UK), C. Romero-Cañizales (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), S. Schulze (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Santiago, Chile), K. W. Smith (Queen’s University Belfast, Belfast, UK), J. Sollerman (Stockholm University, Stockholm, Sweden), M. Sullivan (University of Southampton, Southampton, UK), B. E. Tucker (Australian National University, Canberra, Australia; ARC Centre of Excellence for All-sky Astrophysics (CAASTRO), Australia), S. Valenti (University of California, Davis, USA), J. C. Wheeler (University of Texas at Austin, Austin, USA), et D. R. Young (Queen’s University Belfast, Belfast, UK).

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Liens

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• Communiqué de presse ESA/Hubble

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