Des scientifiques utilisant les observations de l’observatoire Swift de la NASA ont découvert, pour la première fois, le signal d’une paire de trous noirs monstrueux perturbant un nuage de gaz au centre d’une galaxie.
La paire de trous noirs se trouve au centre d’une galaxie appelée 2MASX J21240027+3409114, située à un milliard d’années-lumière dans la constellation septentrionale du Cygne. Les deux galaxies sont séparées par environ 26 milliards de kilomètres, suffisamment proches pour que la lumière ne mette qu’une journée à les parcourir. Ensemble, elles contiennent 40 millions de fois la masse du Soleil.
« Il s’agit d’un événement très étrange, appelé AT 2021hdr, qui se répète tous les quelques mois. Nous pensons qu’un nuage de gaz entoure les trous noirs. Lorsqu’ils sont en orbite l’un autour de l’autre, les trous noirs interagissent avec le nuage, perturbant et aussi consommant leur gaz. Cela produit un motif oscillant dans la lumière du système.
Lorena Hernández-García, astrophysicienne à l’Instituto Milenio de Astrofísica, le Centre du millénaire pour la recherche ainsi que la technologie transversale pour l’exploration des trous noirs supermassifs à l’université de Valparaíso au Chili.
Les scientifiques estiment que les trous noirs effectuent une orbite tous les 130 jours et qu’ils entreront en collision et fusionneront dans environ 70 000 ans. AT 2021hdr a été détecté pour la première fois en mars 2021 par le ZTF (Zwicky Transient Facility), dirigé par le Caltech, à l’observatoire de Palomar en Californie. ALeRCE (Automatic Learning for Rapid Event Classification) l’a signalé comme une source potentiellement intéressante.
Les explosions sont récurrentes
Cette équipe pluridisciplinaire associe des outils d’intelligence artificielle à l’expertise humaine pour communiquer à la communauté astronomique les événements qui se produisent dans le ciel nocturne, en utilisant des montagnes de données collectées par des programmes de recherche tels que le ZTF.
« Bien que l’on ait d’abord pensé que cette flamme était une supernova, les explosions de 2022 nous ont fait penser à d’autres explications. Chaque événement ultérieur nous a permis d’affiner notre modèle de ce qui se passe dans le système.
Co-auteur Alejandra Muñoz-Arancibia, membre de l’équipe ALeRCE et astrophysicienne à l’Instituto Milenio de Astrofísica et au Centro de Modelamiento Matemático de l’Universidad de Chile.
Cependant, depuis la première éruption, le ZTF a détecté des sursauts de AT 2021hdr tous les 60 à 90 jours. Hernández-García et son équipe observent la source avec Swift depuis novembre 2022. Swift leur a permis de déterminer que ce système binaire produit des oscillations dans l’ultraviolet et les rayons X aux mêmes échelles de temps que celles observées par le ZTF dans le domaine visible.
L’élimination de différents modèles pour expliquer ce qui a été observé dans les données
Dans un premier temps, ils ont pensé que le signal pouvait être un sous-produit de l’activité normale du centre galactique. Ils ont ensuite envisagé la possibilité d’une perturbation due aux marées (la destruction d’une étoile qui s’est approchée trop près de l’un des trous noirs).
Finalement, ils ont opté pour une autre possibilité : la rupture par effet de marée d’un nuage de gaz, plus grand que le système binaire lui-même. Lorsque le nuage a rencontré les trous noirs, la gravité l’a déchiré, formant des filaments autour du couple, et la friction a commencé à le chauffer. Le gaz est alors devenu particulièrement dense et chaud à proximité des trous noirs.
À mesure que le système binaire orbite, la complexe interaction des forces expulse une partie du gaz hors du système à chaque rotation. Ces interactions produisent ainsi la lumière fluctuante observée par Swift et ZTF.
Hernández-García et son équipe prévoient de poursuivre les observations d’AT 2021hdr afin de mieux comprendre le système et d’améliorer leurs modèles. Ils s’intéressent également à l’étude de sa galaxie hôte, actuellement en cours de fusion avec une autre galaxie proche, un événement qu’ils ont signalé pour la première fois dans leur article.
Référence de l’article :
Hernández-García L., Muñoz-Arancibia A. M., Lira P., et al. AT 2021hdr: A candidate tidal disruption of a gas cloud by a binary super massive black hole system. Astronomy & Astrophysics (2024).
