Des astronomes ont découvert que lorsqu’un trou noir supermassif aspire et déchiquette une étoile, son activité ne s’arrête pas une fois l’étoile dévorée : il peut éjecter, des années plus tard, des jets de matière percutant le gaz environnant et émettant de puissantes ondes radio, un peu comme des « rots cosmiques ». Ces rots se produiraient lorsque le trou noir aspire la matière soit trop rapidement, soit trop lentement, une manifestation qui rappellerait une indigestion.
Le champ gravitationnel généré par un trou noir supermassif est si intense qu’il peut déchirer une étoile qui s’approcherait d’un peu trop près, déclenchant ce qu’on appelle un événement de rupture par effet de marée (TDE). L’étoile est inexorablement aspirée par l’attraction gravitationnelle du trou noir et se déchire en débris gazeux filandreux (spaghettification) avant de se désintégrer complètement pour rejoindre la matière du disque d’accrétion du trou noir.
Les TDE produisent de puissants rayonnements optiques, ultraviolets et X avant de s’estomper progressivement. Cependant, si l’on pensait initialement que l’activité liée aux TDE des trous noirs supermassifs cessait une fois l’étoile détruite, des émissions radio peuvent encore se produire longtemps après l’émission initiale.
Des observations réalisées avec le radiotélescope Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) ont révélé que longtemps après que les rayonnements visibles des TDE se sont estompés, environ 40 % d’entre eux produisaient des éruptions radio différées se manifestant sur un intervalle allant de plusieurs mois à plusieurs années.
« Avant, on pensait que le spectacle était terminé une fois la lumière visible éteinte », explique dans un communiqué Kate Alexander, chercheuse à l’Université d’Arizona. « En fait, notre premier grand programme consacré à l’étude systématique des TDE avec le VLA de la NSF s’est concentré sur la première année suivant leur découverte, et nous avons été surpris de constater que de nombreux TDE ne produisent aucune émission radio durant cette période. »
« Heureusement, nous avons poursuivi nos recherches, et le VLA de la NSF nous montre maintenant que le trou noir peut revenir des années plus tard avec une spectaculaire réapparition sous forme de lumière radio », indique-t-elle en référence à la nouvelle étude détaillant la manière dont ces éruptions différées se produisent.
« Il arrive parfois, même après avoir apparemment fini de manger, qu’ils aient une indigestion et qu’ils émettent un gros rot radio », a-t-elle ajouté lors de la 248e réunion de l’American Astronomical Society en Californie, selon Space.com.
Une « indigestion cosmique » différée
Alexander et ses collègues ont compilé des décennies de données du VLA correspondant à 91 candidats TDE identifiés entre 1990 et 2019. Après analyses, 31 d’entre eux présentaient des éruptions radio tardives et ont fait l’objet d’un suivi complet sur plusieurs longueurs d’onde. Le suivi a été effectué en combinant des données optiques, ultraviolettes et à rayons X d’autres instruments avec celles du VLA. Le croisement des données a permis à l’équipe de suivre quand et avec quelle intensité chaque système a émis tardivement des rots.
D’après les résultats détaillés dans The Astrophysical Journal, les rots se produisent selon deux conditions diamétralement opposées, notamment soit lorsque le trou noir accrète rapidement la matière, soit lorsqu’il l’accumule très lentement. « Ces rots tardifs peuvent survenir lorsque le trou noir mange trop vite ou trop lentement ; il est donc important de manger à la bonne vitesse pour éviter les indigestions », explique Alexander.
Dans les deux cas, une partie de la matière aspirée est éjectée au lieu d’être entièrement consommée, pour ensuite entrer en collision avec le gaz environnant. Le choc qui en résulte accélère les particules présentes, ce qui produit les émissions radio détectées par nos instruments. Ce processus d’alimentation serait, d’après les chercheurs, valable pour tous les types de trou noir, qu’il s’agisse de ceux de masse stellaire ou de ceux qui sont supermassifs.
Par ailleurs, les chercheurs ont constaté que les TDE à rots tardifs présentaient une signature chimique distincte dans leur spectre optique initial, notamment par la présence de fortes raies d’hélium. D’après les experts, cette signature pourrait indiquer que la matière stellaire est accrétée plus lentement dans le disque d’accrétion du trou noir, un signe avant-coureur d’une « indigestion cosmique » différée, selon Alexander.
Si les suivis radio sont généralement interrompus lorsque plus aucune émission n’est détectée la première année, l’équipe d’Alexander préconise désormais d’étendre les observations de deux à six ans pour l’étude de ces comportements à long terme.
