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Observation de la « spaghettification » d’une étoile par un trou noir

observation spaghettification étoile trou noir couv
| ESO/M. Kornmesser

Les événements de rupture par effet de marée (TDE) font partie des processus les plus violents du cosmos. Dans ce cadre, un objet est étiré au point d’être détruit par la puissante attraction gravitationnelle d’un corps plus massif (généralement un trou noir). Et récemment, des astrophysiciens ont eu la chance de pouvoir observer la spaghettification d’une étoile lors d’un de ces TDE. Ce TDE étant le plus proche jamais observé, il a permis aux chercheurs de récolter des données précises qui serviront à l’étude détaillée des prochains TDE.

Bien qu’il soit rare d’assister à une mort stellaire par un trou noir, les astronomes en ont déjà observé suffisamment pour comprendre comment cela se passe. Lorsqu’une étoile s’aventure trop près, l’immense force de marée du trou noir — le produit de son champ gravitationnel — étire d’abord, puis tire l’étoile si fort qu’elle est déchirée.

Cet événement de rupture ou perturbation par effet de marée (TDE) libère une lumière brillante avant que les débris de l’étoile désintégrée ne disparaissent au-delà de l’horizon des événements du trou noir. Mais cet éclat de lumière est souvent au moins partiellement masqué par un nuage de poussière, ce qui rend difficile l’étude des détails les plus approfondis.

Une spaghettification lente de la matière durant le processus d’accrétion

Le nouveau TDE, repéré pour la première fois en septembre de l’année dernière et nommé AT2019qiz, aidera une équipe dirigée par l’astronome Matt Nicholl de l’Université de Birmingham au Royaume-Uni à faire la lumière sur l’origine de cette poussière. « Nous avons découvert que, lorsqu’un trou noir absorbe une étoile, il peut générer une puissante explosion de matière vers l’extérieur qui obstrue notre vue », explique l’astronome Samantha Oates de l’Université de Birmingham.

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Les TDE stellaires font partie de ces phénomènes cosmiques impossibles à prédire ; les chercheurs doivent simplement scruter le ciel et attendre. C’est ce qui s’est passé avec AT2019qiz, et les astronomes n’ont pas tardé à tourner leurs télescopes vers un petit coin du ciel dans la constellation de l’Éridan, au cœur d’une galaxie spirale à 215 millions d’années-lumière.

graphiques courbes lumineuses température TDE
Graphiques montrant l’évolution de la luminosité (haut), de la température (centre) et du rayon de corps noir (bas) associés au TDE AT2019qiz. Crédits : M. Nicholl et al. 2020

Au fur et à mesure que l’étoile est déchirée, certains des débris qui en résultent se spaghettifient, s’atténuant en un long et fin fil de matière qui pénètre dans le trou noir. L’évasement est le résultat d’intenses influences gravitationnelles et de frottement dans ce matériau d’accrétion. Ces effets de friction thermique chauffent le matériau à des températures si élevées que le TDE peut brièvement éclipser la galaxie hôte.

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À partir de cette éruption initiale, le TDE s’estompe sur une période de plusieurs mois. Nicholl et son équipe ont observé et soigneusement suivi la disparition d’AT2019qiz sur plusieurs longueurs d’onde, y compris les ultraviolets, les ondes radio, l’optique et les rayons X. Ce fut un autre coup de chance — les TDE brillent principalement dans le visible et l’ultraviolet. Cette lumière a permis à l’équipe de calculer les masses impliquées dans AT2019qiz.

Un nuage de poussière concomitant à l’événement de rupture par effet de marée

Les observations ont montré que l’étoile avait à peu près la même masse que le Soleil, et qu’elle en a perdu environ la moitié au profit du trou noir, qui est plus d’un million de fois plus massif. Entre la rapidité avec laquelle l’équipe a porté son attention sur l’événement, sa proximité et le spectre plus large que d’habitude à travers lequel ils l’ont observé, ils ont également déterminé que la poussière obscurcissante faisait partie intégrante du TDE, et non d’un phénomène distinct.

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« AT2019qiz est l’événement de perturbation de marée le plus proche découvert à ce jour et, par conséquent, il est incroyablement bien observé sur tout le spectre électromagnétique. Il s’agit du premier cas dans lequel nous voyons des preuves directes d’écoulement de gaz pendant le processus de perturbation et d’accrétion expliquant les émissions optique et radio que nous avons vues dans le passé », explique l’astronome Edo Berger du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Plus tôt cette année, une équipe a confirmé que certains des débris de l’étoile perturbée tourbillonnent dans un disque de matériau qui alimente le trou noir. Un TDE quelques années plus tôt a révélé que le jet de plasma expulsé par le trou noir est proportionnel à la quantité d’étoiles qu’il dévore. Et une étoile qui a échappé à une destruction totale montre qu’un trou noir peut absorber seulement une fraction de la matière et continuer à absorber un compagnon en orbite pendant des milliards d’années.

Animation montrant le processus de spaghettification de l’étoile par un trou noir :

Sources : MNRAS

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