Des scientifiques, utilisant les observations de l’Observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA, ont découvert pour la première fois le signal provenant d’une paire de trous noirs massifs perturbant un nuage de gaz au centre d’une galaxie.
« C’est un événement très étrange, appelé AT 2021hdr, qui se reproduit tous les quelques mois, » a déclaré Lorena Hernández-García, astrophysicienne à l’Institut Millenium d’Astrophysique, au Noyau Millenium sur la Recherche Transversale et la Technologie pour Explorer les Trous Noirs Supermassifs, et à l’Université de Valparaíso au Chili. « Nous pensons qu’un nuage de gaz a englouti les trous noirs. Alors qu’ils orbitent l’un autour de l’autre, les trous noirs interagissent avec le nuage, perturbant et consommant ses gaz. Cela produit un schéma oscillant dans la lumière du système. »
Un article sur AT 2021hdr, dirigé par Hernández-García, a été publié le 13 novembre dans la revue Astronomy and Astrophysics.
Les deux trous noirs se trouvent au centre d’une galaxie appelée 2MASX J21240027+3409114, située à 1 milliard d’années-lumière dans la constellation septentrionale du Cygne. La paire est séparée par environ 16 milliards de miles (26 milliards de kilomètres), une distance que la lumière met seulement un jour à parcourir. Ensemble, ils contiennent 40 millions de fois la masse du Soleil.
Les scientifiques estiment que les trous noirs complètent une orbite tous les 130 jours et entreront en collision et fusionneront dans environ 70 000 ans.
AT 2021hdr a été repéré pour la première fois en mars 2021 par le ZTF (Zwicky Transient Facility) dirigé par Caltech à l’Observatoire Palomar en Californie. Il a été signalé comme une source potentiellement intéressante par ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events). Cette équipe multidisciplinaire combine des outils d’intelligence artificielle avec une expertise humaine pour rapporter des événements dans le ciel nocturne à la communauté astronomique en utilisant les montagnes de données collectées par des programmes de surveillance comme ZTF.
« Bien que cette éruption ait été initialement considérée comme une supernova, les éruptions de 2022 nous ont fait envisager d’autres explications, » a déclaré la co-auteure Alejandra Muñoz-Arancibia, membre de l’équipe ALeRCE et astrophysicienne à l’Institut Millenium d’Astrophysique et au Centre de Modélisation Mathématique de l’Université du Chili. « Chaque événement ultérieur nous a aidés à affiner notre modèle de ce qui se passe dans le système. »
Depuis la première éruption, ZTF a détecté des explosions de AT 2021hdr tous les 60 à 90 jours.
Hernández-García et son équipe observent la source avec Swift depuis novembre 2022. Swift les a aidés à déterminer que le binaire produit des oscillations dans la lumière ultraviolette et les rayons X sur les mêmes échelles de temps que ZTF les observe dans la gamme visible.
Les chercheurs ont procédé à une élimination de type Boucle d’Or de différents modèles pour expliquer ce qu’ils ont vu dans les données.
Au début, ils ont pensé que le signal pourrait être le sous-produit d’une activité normale au centre galactique. Ensuite, ils ont envisagé si un événement de perturbation par effet de marée — la destruction d’une étoile qui s’était trop approchée de l’un des trous noirs — pourrait être la cause.
Finalement, ils ont opté pour une autre possibilité, la perturbation par effet de marée d’un nuage de gaz, un nuage plus grand que le binaire lui-même. Lorsque le nuage a rencontré les trous noirs, la gravité l’a déchiré, formant des filaments autour de la paire, et la friction a commencé à le chauffer. Le gaz est devenu particulièrement dense et chaud près des trous noirs. À mesure que le binaire orbite, l’interaction complexe des forces éjecte une partie du gaz du système à chaque rotation. Ces interactions produisent la lumière fluctuante observée par Swift et ZTF.
Hernández-García et son équipe prévoient de continuer les observations de AT 2021hdr pour mieux comprendre le système et améliorer leurs modèles. Ils sont également intéressés à étudier la galaxie d’origine, qui est actuellement en train de fusionner avec une autre galaxie voisine — un événement rapporté pour la première fois dans leur article.
« Alors que Swift approche de son 20e anniversaire, c’est incroyable de voir toute la nouvelle science qu’il aide encore la communauté à accomplir, » a déclaré S. Bradley Cenko, chercheur principal de Swift au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. « Il y a encore tant de choses qu’il a à nous apprendre sur notre cosmos en perpétuel changement. »
Les missions de la NASA font partie d’un réseau mondial croissant observant les changements dans le ciel pour résoudre les mystères du fonctionnement de l’univers.
Goddard gère la mission Swift en collaboration avec Penn State, le Los Alamos National Laboratory au Nouveau-Mexique, et Northrop Grumman Space Systems à Dulles, Virginie. Parmi les autres partenaires figurent l’Université de Leicester et le Mullard Space Science Laboratory au Royaume-Uni, l’Observatoire de Brera en Italie, et l’Agence Spatiale Italienne.
Source: NASA
Original text: By Jeanette Kazmierczak
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.