Les trous noirs, résultat de l’agonie stellaire et de l’explosion cataclysmique d’une supernova, sont parmi les phénomènes les plus extrêmes de l’Univers. Récemment, un groupe d’astronomes a été témoin d’une explosion cosmique hors du commun, surpassant de loin toutes les supernovas connues par sa luminosité. Cette explosion, nommée AT2021lwx et située à une distance de près de 8 milliards d’années-lumière, a été observée pendant trois ans. Aujourd’hui encore, elle continue d’être scrutée par un vaste réseau de télescopes. Cette découverte, à la fois stupéfiante et déroutante, ouvre un nouveau chapitre dans notre compréhension de l’Univers.
Dans l’Univers connu, aucun autre objet n’atteint le niveau d’extrême que représentent les trous noirs, souvent issus d’une explosion de supernovas. L’accrétion de matière par ces derniers engendre des phénomènes électromagnétiques spectaculaires.
Environ tous les dix mille ans, dans le cœur des galaxies, une étoile se voit perturbée et démantelée par le champ gravitationnel du trou noir supermassif central. Près de la moitié des débris stellaires poursuit sa trajectoire d’origine, alors que l’autre moitié est aspirée par le trou noir, déclenchant une émission de courte durée connue sous le nom d’événement de perturbation des marées.
Récemment, une équipe d’astronomes dirigée par l’Université de Southampton a mis en lumière l’explosion cosmique la plus intense jamais observée, nommée AT2021lwx, d’une luminosité dix fois supérieure à celle de n’importe quelle supernova connue et trois fois plus éclatante que l’événement de perturbation de marée le plus intense connu à ce jour. Cet événement, encore visible après trois ans (contrairement aux supernovæ qui brillent généralement quelques mois), fascine la communauté scientifique. Leurs travaux ont été publiés dans la revue prestigieuse Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Une découverte imprévue et spectaculaire
La première détection d’AT2021lwx date de 2020, par l’observatoire Zwicky Transient Facility en Californie, puis par le système d’alerte des astéroïdes potentiellement dangereux pour la Terre (ATLAS) basé à Hawaï. Ces installations scrutent le firmament nocturne à la recherche d’objets transitoires dont la luminosité fluctue rapidement, comme les supernovæ. La magnitude de l’explosion a étonné les astronomes qui n’avaient jamais vu une telle intensité, toujours perceptible par le réseau de télescopes.
L’année dernière, les astronomes ont assisté à l’explosion la plus lumineuse jamais enregistrée — un sursaut gamma nommé GRB 221009A. Bien que d’une luminosité sans précédent, il n’a duré qu’un bref instant, contrairement à AT2021lwx, qui a brillé pendant plus de trois ans, ce qui signifie que l’énergie totale dégagée par cette dernière est bien plus considérable.
Le Dr Philip Wiseman, chercheur à l’Université de Southampton et responsable des travaux, déclare dans un communiqué : « Nous sommes tombés dessus par hasard, car il a été signalé par notre algorithme de recherche pour un certain type de supernova ». Il poursuit : « La plupart des événements de supernovæ et de perturbation des marées ne durent que quelques mois avant de disparaître. Que quelque chose soit brillant pendant plus de deux ans était promptement très inhabituel ».
De l’observation à la prise de mesure
En analysant le spectre de la lumière, en le divisant en différentes longueurs d’onde et en mesurant les diverses caractéristiques d’absorption et d’émission du spectre, l’équipe a pu évaluer la distance à l’objet et sa puissance. L’explosion s’est produite à près de 8 milliards d’années-lumière, lorsque l’Univers n’était âgé que de 6 milliards d’années.
Le professeur Sebastian Hönig de l’Université de Southampton, co-auteur de la recherche, précise : « Une fois que vous connaissez la distance à l’objet et sa luminosité, vous pouvez calculer la luminosité de l’objet à sa source. Une fois que nous avons effectué ces calculs, nous avons réalisé que c’était extrêmement brillant ».
Pour bien appréhender la puissance de cette explosion, rappelons que les seuls objets dans l’Univers aussi brillants qu’AT2021lwx sont les quasars — des trous noirs supermassifs nourris par un flux constant de gaz tombant sur eux à grande vitesse.
Le professeur Mark Sullivan, co-auteur de l’article, explique : « Avec un quasar, nous voyons la luminosité monter et descendre au fil du temps. Mais en regardant en arrière sur une décennie, il n’y a pas eu de détection d’AT2021lwx, puis tout à coup il apparaît avec la luminosité équivalente aux objets connus les plus brillants de l’univers, ce qui est sans précédent ».
Une origine surprenante pour un phénomène potentiellement clé dans l’histoire des galaxies
Différentes hypothèses sont avancées pour expliquer l’origine d’une telle explosion. Comme mentionné précédemment, les spectres sont similaires aux éruptions dans les noyaux galactiques actifs, mais ils manquent de certaines caractéristiques.
En effet, les auteurs soulignent que l’absence d’émission pour les 7 années précédentes est incompatible avec la variabilité à court terme observée dans les quasars, tandis que l’extrême luminosité et la longue échelle de temps ne correspondent pas à la perturbation d’une seule étoile de masse solaire. La luminosité pourrait être générée par la perturbation d’une étoile beaucoup plus massive, mais la probabilité d’un tel événement est faible.
L’équipe de Southampton privilégie donc l’hypothèse d’un gigantesque nuage de gaz (principalement de l’hydrogène) ou de poussière qui s’est détaché de son orbite autour du trou noir pour s’y effondrer. Cette explication serait une extension extrême des scénarios connus d’accrétion de trous noirs, que l’équipe prévoit de tester par des simulations informatiques perfectionnées.
Des données supplémentaires sont indispensables pour comprendre quels processus sous-jacents se déroulent, en mesurant différentes longueurs d’onde — y compris les rayons X, qui pourraient révéler entre autres la température de l’objet.
Le Dr Philip Wiseman conclut : « Avec de nouvelles installations, opérationnelles dans les prochaines années, nous espérons découvrir plus d’événements comme celui-ci et en apprendre davantage à leur sujet. Il se pourrait que ces événements, bien qu’extrêmement rares, soient si énergétiques qu’il pourrait s’agir de processus clés de la façon dont les centres des galaxies changent au fil du temps ».
Un trou noir
est un objet compact au champ gravitationnel si intense qu'aucune
matière ni aucun rayonnement ne peut s'en échapper. Puisque ces
astres n'émettent aucune lumière, ils ne peuvent être... [...]
L'année-lumière est une unité de longueur utilisée pour exprimer
des distances astronomiques. Elle est définie par l'Union
Astronomique Internationale (UAI) comme la distance parcourue par
la lumière dans le vide pendant une année julienne (365.25 jours).
Elle vaut environ... [...]
Une galaxie est une grande structure cosmique composée d'un
assemblage d'étoiles, de gaz et de poussières. Il en existe
plusieurs types, classés selon leur masse et leur morphologie,
formées à différentes... [...]