Communiqué de presse

La détection la plus lointaine d'un trou noir avalant une étoile

30 novembre 2022

Au début de cette année, le Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral (VLT de l'ESO) a été alerté après qu'une source inhabituelle de lumière visible ait été détectée par un télescope de sondage. Le VLT, ainsi que d'autres télescopes, ont été rapidement pointés vers la source : un trou noir supermassif dans une galaxie lointaine qui avait dévoré une étoile, expulsant les restes dans un jet. Le VLT a déterminé qu'il s'agissait de l'exemple le plus éloigné d'un tel événement à avoir jamais été observé. Comme le jet est quasiment dirigé dans notre direction, c'est également la première fois qu'il a pu être observé en lumière visible, ce qui constitue un nouveau moyen de détecter ces événements extrêmes.

Les étoiles qui s'approchent trop près d'un trou noir sont déchirées par son incroyable force de marée dans ce que l'on appelle un événement de rupture par effet de marée (en anglais tidal disruption event, TDE). Environ 1 % de ces événements provoquent l'éjection de jets de plasma et de rayonnements depuis les pôles du trou noir en rotation. En 1971, le pionnier des trous noirs John Wheeler[1] a présenté le concept de TDE à jets comme "un tube de dentifrice serré en son milieu", ce qui fait que le système "éjecte de la matière par les deux extrémités". 

"Nous n'avons vu qu'une poignée de ces TDE à jets et ils restent des événements très exotiques et mal compris", explique Nial Tanvir de l'Université de Leicester au Royaume-Uni, qui a dirigé les observations visant à déterminer la distance de l'objet avec le VLT. Les astronomes sont donc constamment à la recherche de ces événements extrêmes pour comprendre comment les jets sont réellement créés et pourquoi une si petite fraction des TDE les produit. 

Dans le cadre de cette quête, de nombreux télescopes, dont le Zwicky Transient Facility (ZTF) aux États-Unis, scrutent régulièrement le ciel à la recherche de signes d'événements éphémères, souvent extrêmes, qui pourraient ensuite être étudiés de manière beaucoup plus détaillée par des télescopes tels que le VLT de l'ESO au Chili. "Nous avons mis au point un pipeline de données en code source libre pour stocker et exploiter les informations importantes du sondage effectué par le ZTF et nous alerter en temps réel sur les événements atypiques", explique Igor Andreoni, astronome à l'université du Maryland aux États-Unis, qui a codirigé l'article publié aujourd'hui dans Nature avec Michael Coughlin de l'université du Minnesota. 

En février de cette année, le ZTF a détecté une nouvelle source de lumière visible. L'événement, nommé AT2022cmc, faisait penser à un sursaut gamma - la plus puissante source de lumière de l'Univers. La perspective d'assister à ce phénomène rare a incité les astronomes à déclencher plusieurs télescopes du monde entier pour observer la source mystérieuse plus en détail. Parmi eux, le VLT de l'ESO, qui a rapidement observé ce nouvel événement avec l'instrument X-shooter. Les données du VLT ont permis de situer la source à une distance sans précédent pour ces événements : la lumière produite par AT2022cmc a commencé son voyage lorsque l'univers avait environ un tiers de son âge actuel. 

Une grande variété de lumière, allant des rayons gamma de haute énergie aux ondes radio, a été collectée par 21 télescopes dans le monde. L'équipe a comparé ces données avec différents types d'événements connus, de l'effondrement d'étoiles aux kilonovae. Mais le seul scénario qui correspondait aux données était celui d'un rare TDE à jets pointant vers nous. Giorgos Leloudas, astronome au DTU Space au Danemark et co-auteur de cette étude, explique que "parce que le jet relativiste est dirigé vers nous, cela rend l'événement beaucoup plus brillant qu'il ne le serait autrement, et visible sur une plus grande étendue du spectre électromagnétique."

La mesure de la distance par le VLT a révélé que AT2022cmc est le TDE le plus éloigné jamais découvert, mais ce n'est pas le seul aspect de cet objet qui bat des records. "Jusqu'à présent, le petit nombre de TDE à jets connus était initialement détecté à l'aide de télescopes observant dans les rayons gamma et les rayons X, mais c'est la première fois que l'on en découvre un au cours d'une étude optique", explique Daniel Perley, astronome à la Liverpool John Moores University au Royaume-Uni et co-auteur de l'étude. Il s'agit d'une nouvelle façon de détecter les TDE à jest, ce qui permet de futures études de ces événements rares et de sonder les environnements extrêmes qui entourent les trous noirs.

Les étoiles qui s'approchent trop près d'un trou noir sont déchirées par son incroyable force de marée dans ce que l'on appelle un événement de rupture par effet de marée (en anglais tidal disruption event, TDE). Environ 1 % de ces événements provoquent l'éjection de jets de plasma et de rayonnements depuis les pôles du trou noir en rotation. En 1971, le pionnier des trous noirs John Wheeler[1] a présenté le concept de TDE à jets comme "un tube de dentifrice serré en son milieu", ce qui fait que le système "éjecte de la matière par les deux extrémités". 

"Nous n'avons vu qu'une poignée de ces TDE à jets et ils restent des événements très exotiques et mal compris", explique Nial Tanvir de l'Université de Leicester au Royaume-Uni, qui a dirigé les observations visant à déterminer la distance de l'objet avec le VLT. Les astronomes sont donc constamment à la recherche de ces événements extrêmes pour comprendre comment les jets sont réellement créés et pourquoi une si petite fraction des TDE les produit. 

Dans le cadre de cette quête, de nombreux télescopes, dont le Zwicky Transient Facility (ZTF) aux États-Unis, scrutent régulièrement le ciel à la recherche de signes d'événements éphémères, souvent extrêmes, qui pourraient ensuite être étudiés de manière beaucoup plus détaillée par des télescopes tels que le VLT de l'ESO au Chili. "Nous avons mis au point un pipeline de données en code source libre pour stocker et exploiter les informations importantes du sondage effectué par le ZTF et nous alerter en temps réel sur les événements atypiques", explique Igor Andreoni, astronome à l'université du Maryland aux États-Unis, qui a codirigé l'article publié aujourd'hui dans Nature avec Michael Coughlin de l'université du Minnesota. 

En février de cette année, le ZTF a détecté une nouvelle source de lumière visible. L'événement, nommé AT2022cmc, faisait penser à un sursaut gamma - la plus puissante source de lumière de l'Univers. La perspective d'assister à ce phénomène rare a incité les astronomes à déclencher plusieurs télescopes du monde entier pour observer la source mystérieuse plus en détail. Parmi eux, le VLT de l'ESO, qui a rapidement observé ce nouvel événement avec l'instrument X-shooter. Les données du VLT ont permis de situer la source à une distance sans précédent pour ces événements : la lumière produite par AT2022cmc a commencé son voyage lorsque l'univers avait environ un tiers de son âge actuel. 

Une grande variété de lumière, allant des rayons gamma de haute énergie aux ondes radio, a été collectée par 21 télescopes dans le monde. L'équipe a comparé ces données avec différents types d'événements connus, de l'effondrement d'étoiles aux kilonovae. Mais le seul scénario qui correspondait aux données était celui d'un rare TDE à jets pointant vers nous. Giorgos Leloudas, astronome au DTU Space au Danemark et co-auteur de cette étude, explique que "parce que le jet relativiste est dirigé vers nous, cela rend l'événement beaucoup plus brillant qu'il ne le serait autrement, et visible sur une plus grande étendue du spectre électromagnétique."

La mesure de la distance par le VLT a révélé que AT2022cmc est le TDE le plus éloigné jamais découvert, mais ce n'est pas le seul aspect de cet objet qui bat des records. "Jusqu'à présent, le petit nombre de TDE à jets connus était initialement détecté à l'aide de télescopes observant dans les rayons gamma et les rayons X, mais c'est la première fois que l'on en découvre un au cours d'une étude optique", explique Daniel Perley, astronome à la Liverpool John Moores University au Royaume-Uni et co-auteur de l'étude. Il s'agit d'une nouvelle façon de détecter les TDE à jest, ce qui permet de futures études de ces événements rares et de sonder les environnements extrêmes qui entourent les trous noirs.

Notes

[1] On attribue souvent à John Archibald Wheeler l'invention du terme "trou noir" dans un discours prononcé en 1967 devant la NASA.

Plus d'informations

Cette recherche est présentée dans un article intitulé “A very luminous jet from the disruption of a star by a massive black hole” publiée dans Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05465-8)

L’équipe est composée d’Igor Andreoni (Joint Space-Science Institute, University of Maryland, USA [JSI/UMD]; Department of Astronomy, University of Maryland, USA [UMD]; Astrophysics Science Division, NASA Goddard Space Flight Center [NASA/GSFC], USA), Michael W. Coughlin (School of Physics and Astronomy, University of Minnesota, USA), Daniel A. Perley (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, UK), Yuhan Yao (Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, USA [Caltech]), Wenbin Lu (Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, USA), S. Bradley Cenko (JSI/UMD; NASA/GSFC), Harsh Kumar (Indian Institute of Technology Bombay, India [IIT/Bombay]), Shreya Anand (Caltech), Anna Y. Q. Ho (Department of Astronomy, University of California, Berkeley, USA [UCB]; Lawrence Berkeley National Laboratory, USA [LBNL]; Miller Institute for Basic Research in Science, USA), Mansi M. Kasliwal (Caltech), Antonio de Ugarte Postigo (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, France), Ana Sagués-Carracedo (The Oskar Klein Centre, Stockholm University, Sweden [OKC]), Steve Schulze (OKC), D. Alexander Kann (Instituto de Astrofisica de Andalucia, Glorieta de la Astronomia, Spain [IAA-CSIC]), S. R. Kulkarni (Caltech), Jesper Sollerman (OKC), Nial Tanvir (Department of Physics and Astronomy, University of Leicester, UK), Armin Rest (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA [STScI]; Department of Physics and Astronomy, The Johns Hopkins University, USA), Luca Izzo (DARK, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Denmark), Jean J. Somalwar (Caltech), David L. Kaplan (Center for Gravitation, Cosmology and Astrophysics, Department of Physics, University of Wisconsin–Milwaukee, USA), Tomás Ahumada (UMD), G. C. Anupama (Indian Institute of Astrophysics, Bangalore, India [IIA]), Katie Auchettl (School of Physics, University of Melbourne, Australia; ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions; Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz, USA), Sudhanshu Barway (IIA), Eric C. Bellm (DIRAC Institute, University of Washington, USA), Varun Bhalerao (IIT/Bombay), Joshua S. Bloom (LBNL; UCB), Michael Bremer (Institut de Radioastronomie Millimetrique, France [IRAM]), Mattia Bulla (OKC), Eric Burns (Department of Physics & Astronomy, Louisiana State University, USA), Sergio Campana (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Italy), Poonam Chandra (National Centre for Radio Astrophysics, Tata Institute of Fundamental Research, Pune University, India), Panos Charalampopoulos (DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark, Denmark [DTU]), Jeff Cooke (Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia [OzGrav]; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia [CAS]), Valerio D’Elia (Space Science Data Center - Agenzia Spaziale Italiana, Italy), Kaustav Kashyap Das (Caltech), Dougal Dobie (OzGrav; CAS), Jose Feliciano Agüí Fernández (IAA-CSIC), James Freeburn (OzGrav; CAS), Cristoffer Fremling (Caltech), Suvi Gezari (STScI), Matthew Graham (Caltech), Erica Hammerstein (UMD), Viraj R. Karambelkar (Caltech), Charles D. Kilpatrick (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, Northwestern University, USA), Erik C. Kool (OKC), Melanie Krips (IRAM), Russ R. Laher (IPAC, California Institute of Technology, USA [IPAC]), Giorgos Leloudas (DTU), Andrew Levan (Department of Astrophysics, Radboud University, The Netherlands), Michael J. Lundquist (W. M. Keck Observatory, USA), Ashish A. Mahabal (Caltech; Center for Data Driven Discovery, California Institute of Technology, USA), Michael S. Medford (UCB; LBNL), M. Coleman Miller (JSI/UMD; UMD), Anais Möller (OzGrav; CAS), Kunal Mooley (Caltech), A. J. Nayana (Indian Institute of Astrophysics, India), Guy Nir (UCB), Peter T. H. Pang (Nikhef, The Netherlands; Institute for Gravitational and Subatomic Physics, Utrecht University, The Netherlands), Emmy Paraskeva (IAASARS, National Observatory of Athens, Greece; Department of Astrophysics, Astronomy & Mechanics, University of Athens, Greece; Nordic Optical Telescope, Spain; Department of Physics and Astronomy, Aarhus University, Denmark), Richard A. Perley (National Radio Astronomy Observatory, USA), Glen Petitpas (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA), Miika Pursiainen (DTU), Vikram Ravi (Caltech), Ryan Ridden-Harper (School of Physical and Chemical Sciences — Te Kura Matu, University of Canterbury, New Zealand), Reed Riddle (Caltech Optical Observatories, California Institute of Technology, USA), Mickael Rigault (Université de Lyon, France), Antonio C. Rodriguez (Caltech), Ben Rusholme (IPAC), Yashvi Sharma (Caltech), I. A. Smith (Institute for Astronomy, University of Hawaii, USA), Robert D. Stein (Caltech), Christina Thöne (Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, Czechia), Aaron Tohuvavohu (Department of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Canada), Frank Valdes (National Optical Astronomy Observatory, USA), Jan van Roestel (Caltech), Susanna D. Vergani (GEPI, Observatoire de Paris, PSL Research University, France; Institut d’Astrophysique de Paris, France), Qinan Wang (STScI), Jielai Zhang (OzGrav; CAS).

L'Observatoire Européen Austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l'Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires au sol de classe mondiale - que les astronomes utilisent pour s'attaquer à des questions passionnantes et transmettre la fascination de l'astronomie - et nous encourageons la collaboration internationale en astronomie. Créé en 1962 en tant qu'organisation intergouvernementale, l'ESO est aujourd'hui soutenu par 16 États membres (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, France, Finlande, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse), ainsi que par l'État hôte du Chili et l'Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l'ESO ainsi que son centre d'accueil et son planétarium, l'ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d'Atacama, un endroit magnifique offrant des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L'ESO exploite trois sites d'observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que des télescopes de sondage tel que VISTA. Toujours à Paranal, l'ESO accueillera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l'observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. Avec ses partenaires internationaux, l'ESO exploite APEX et ALMA à Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans le domaine millimétrique et submillimétrique. Au Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons "le plus grand œil au monde tourné vers le ciel" - l'Extremely Large Telescope de l'ESO. Depuis nos bureaux de Santiago du Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès des partenaires et de la société chiliens.

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Joint Space-Science Institute, University of Maryland, NASA Goddard Space Flight Center
Greenbelt, MD, USA
Tél: +1 (626) 487-7545
Courriel: andreoni@umd.edu

Daniel Perley
Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University
Liverpool, UK
Tél: +44 (0)745 6339330
Courriel: d.a.perley@ljmu.ac.uk

Nial Tanvir
Department of Physics and Astronomy, University of Leicester
Leicester, UK
Courriel: nrt3@leicester.ac.uk

Giorgos Leloudas
DTU Space, National Space Institute, Technical University of Denmark
Lyngby, Denmark
Courriel: giorgos@space.dtu.dk

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