Lorsqu'un trou noir supermassif avale une étoile malchanceuse, un disque d'accrétion se forme. Jusqu'à présent, aucune preuve suffisamment claire ne permettait de l'affirmer.

Lorsqu’une étoile s’approche un peu trop près d’un trou noir, elle se fait bien souvent dévorer, déchirée par les forces qui s’exercent sur elle. Un dernier éclat est émis avant que l’astre ne tombe dans le trou noir. Des astronomes ont obtenu la confirmation d’un disque se forme lors de ces événements, constitué des débris de la malheureuse étoile. Leur découverte, présentée le 26 août 2020, est détaillée dans une étude acceptée dans The Astrophysical Journal, disponible sur la plateforme arXiv.

C’est l’un de ces « événements de rupture par effet de marée » (on parle aussi de « perturbation par effet de marée »), baptisé AT 2018hyz, qui a été analysé par les auteurs. « Pour la majorité des événements de rupture par effet de marée découverts, il n’y a pas eu de preuve claire que les débris stellaires qui tombent sont capables de former un disque d’accrétion », résument les chercheurs. Leur confirmation qu’un tel disque peut bien se former lors de ce type d’événement est donc une avancée.

Disque d’accrétion d’un trou noir. // Source : NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman (annotations Numerama)

Pourquoi ne voyait-on pas les rayons X ?

En théorie, la présence d’un disque d’accrétion produisant des rayons X était soupçonnée, lorsqu’une étoile est avalée par le trou noir. Néanmoins, lors des événements de rupture par effet de marée observés, les scientifiques ne détectaient des signaux que dans les longueurs d’onde optiques et ultraviolettes, et rarement dans les rayons X (seulement dans 10 % des cas observés). C’est pourquoi les scientifiques ont posé l’hypothèse, qu’au lieu d’un disque, ils percevaient plutôt des flux de débris stellaires entrant en collision.

La nouvelle étude explique pourquoi ces rayons X ne pouvaient pas être détectés, alors même qu’un disque d’accrétion se forme. « La région proche du trou noir est obscurcie par un vent optiquement épais, nous ne voyons donc pas les émissions de rayons X, mais nous voyons la lumière optique d’un disque elliptique étendu », résume Enrico Ramirez-Ruiz, professeur d’astronomie et d’astrophysique à l’université de Californie à Santa Cruz, co-auteur de l’étude, dans le communiqué de l’université.

L’occasion d’en savoir plus sur les trous noirs

AT 2018hyz a été détecté en 2018, dans le cadre du Relevé automatisé sur tout le ciel de supernovae (ASAS-SN), un programme de recherche de nouvelles supernovae. Les chercheurs ont continué à l’observer jusqu’à ce que, le 1er janvier 2019, ils se rendent compte que le spectre de l’événement était inhabituel. C’était à cause de ce que l’on appelle l’effet Doppler, lorsque la fréquence de la lumière émise par un objet qui bouge se décale.

Le phénomène d’accrétion qui survient lors des événements de rupture par effet de marée est particulièrement intéressant pour espérer repérer des trous noirs supermassifs et mieux cerner leurs caractéristiques au cours du temps. « Les événements de rupture par effet de marée comme AT 2018hyz offrent une opportunité unique d’étudier un seul trou noir supermassif dans un ensemble de conditions qui varient considérablement au fil des mois », peut-on lire dans l’étude.

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