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Dans un premier temps, les astronomes regardent la couronne d'un trou noir disparaître, puis réapparaissent

Dans un premier temps, les astronomes regardent la couronne d'un trou noir disparaître, puis réapparaissent

Ce diagramme montre comment une fonction de décalage, appelée corona, peut créer une fusée de rayons X autour d'un trou noir. La couronne (caractéristique représentée en couleurs violacées) se rassemble vers l'intérieur (gauche), devenant plus lumineuse, avant de tirer loin du trou noir (milieu et droite). Les astronomes ne savent pas pourquoi les couronnes se déplacent, mais ils ont appris que ce processus conduit à un éclaircissement de la lumière des rayons X qui peut être observé par les télescopes. Crédit: NASA / JPL-Caltech

Il semble que l'univers ait un étrange sens de l'humour. Alors qu'un virus incrusté de couronnes a traversé le monde, une autre couronne entièrement différente à environ 100 millions d'années-lumière de la Terre a mystérieusement disparu.


Pour la première fois, les astronomes du MIT et d'ailleurs ont vu la propre couronne d'un trou noir supermassif, l'anneau ultrabrillant de milliards de degrés de particules de haute énergie qui entoure l'horizon des événements d'un trou noir, a été brusquement détruit.

La cause de cette transformation spectaculaire n'est pas claire, bien que les chercheurs pensent que la source de la calamité ait pu être une étoile prise dans l'attraction gravitationnelle du trou noir. Comme un caillou jeté dans une boîte de vitesses, l'étoile peut avoir ricoché à travers le disque de matériau tourbillonnant du trou noir, provoquant la chute soudaine de tout dans le voisinage, y compris les particules à haute énergie de la couronne, dans le trou noir.

Le résultat, comme les astronomes l'ont observé, a été une baisse abrupte et surprenante de la luminosité du trou noir, d'un facteur 10 000, en moins d'un an.

«Nous nous attendons à ce que des changements de luminosité aussi importants varient sur des échelles de temps de plusieurs milliers à des millions d'années», explique Erin Kara, professeur adjoint de physique au MIT. "Mais dans cet objet, nous l'avons vu changer de 10 000 sur un an, et il a même changé d'un facteur 100 en huit heures, ce qui est tout simplement inédit et vraiment époustouflant."

Après la disparition de la couronne, les astronomes ont continué à regarder le trou noir commencer à rassembler lentement le matériau de ses bords extérieurs pour reformer son disque d'accrétion tourbillonnant, qui à son tour a commencé à faire tourner des rayons X à haute énergie près de l'horizon des événements du trou noir . De cette façon, en quelques mois seulement, le trou noir a pu générer une nouvelle couronne, presque de retour à sa luminosité d'origine.

"Cela semble être la première fois que nous voyons d'abord une couronne disparaître, mais aussi se reconstruire, et nous regardons cela en temps réel", explique Kara. "Ce sera vraiment important pour comprendre comment la couronne d'un trou noir est chauffée et alimentée en premier lieu."

Kara et ses co-auteurs, dont l'auteur principal Claudio Ricci de l'Universidad Diego Portales à Santiago du Chili, ont publié leurs résultats aujourd'hui dans Lettres du journal astrophysique. Les co-auteurs du MIT sont Ron Remillard et Dheeraj Pasham.

Une machine à laver agile

En mars 2018, une explosion inattendue a illuminé le point de vue de l'ASSASN, le levé automatisé All-Sky pour Super-Novae, qui surveille tout le ciel nocturne pour détecter l'activité de la supernova. L'enquête a enregistré un flash de 1ES 1927 + 654, un noyau galactique actif, ou AGN, qui est un type de trou noir supermassif avec une luminosité supérieure à la normale au centre d'une galaxie. ASSASN a observé que la luminosité de l'objet a bondi à environ 40 fois sa luminosité normale.

"C'était un AGN que nous connaissions en quelque sorte, mais ce n'était pas très spécial", dit Kara. "Ensuite, ils ont remarqué que cet AGN ordinaire est devenu soudainement brillant, ce qui a attiré notre attention, et nous avons commencé à pointer beaucoup d'autres télescopes dans beaucoup d'autres longueurs d'onde pour le regarder."

L'équipe a utilisé plusieurs télescopes pour observer le trou noir dans les bandes d'ondes de rayons X, optiques et ultraviolettes. La plupart de ces télescopes étaient pointés périodiquement sur le trou noir, par exemple en enregistrant des observations pour une journée entière, tous les six mois. L'équipe a également observé le trou noir quotidiennement avec le NICER de la NASA, un télescope à rayons X beaucoup plus petit, installé à bord de la Station spatiale internationale, avec des détecteurs développés et construits par des chercheurs du MIT.

"NICER est génial parce qu'il est si agile", dit Kara. "C'est cette petite machine à laver qui rebondit autour de l'ISS, et elle peut collecter une tonne de photons X. Chaque jour, NICER pourrait jeter un rapide coup d'œil à cet AGN, puis partir et faire autre chose."

Avec des observations fréquentes, les chercheurs ont pu attraper le trou noir alors qu'il diminuait précipitamment en luminosité, dans pratiquement toutes les bandes d'ondes qu'ils ont mesurées, et en particulier dans la bande de rayons X à haute énergie – une observation qui a signalé que la couronne du trou noir s'était complètement et soudainement vaporisé.

"Après que ASSASN l'ait vu traverser cette énorme explosion folle, nous avons regardé la couronne disparaître", se souvient Kara. "Il est devenu indétectable, ce que nous n'avons jamais vu auparavant."

Un flash cahotant

Les physiciens ne savent pas exactement ce qui cause la formation d'une couronne, mais ils pensent que cela a quelque chose à voir avec la configuration des lignes de champ magnétique qui traversent le disque d'accrétion d'un trou noir. Aux régions extérieures du disque tourbillonnant de matériau d'un trou noir, les lignes de champ magnétique sont plus ou moins dans une configuration simple. Plus près, et surtout près de l'horizon des événements, les cercles de matière avec plus d'énergie, d'une manière qui peut faire tordre et casser les lignes de champ magnétique, puis se reconnecter. Cet enchevêtrement d'énergie magnétique pourrait faire tourner des particules tourbillonnant près du trou noir, au niveau des rayons X à haute énergie, formant la couronne en forme de couronne qui entoure le trou noir.

Kara et ses collègues pensent que si une étoile capricieuse était en effet le coupable de la disparition de la couronne, elle aurait d'abord été déchiquetée par l'attraction gravitationnelle du trou noir, dispersant des débris stellaires à travers le disque d'accrétion. Cela peut avoir causé le flash temporaire de luminosité capturé par ASSASN. Cette «perturbation des marées», comme les astronomes appellent un tel événement de secousse, aurait déclenché une grande partie de la matière dans le disque de tomber soudainement dans le trou noir. Il aurait également pu ébranler les lignes de champ magnétique du disque d'une manière telle qu'il ne pourrait plus générer et prendre en charge une couronne à haute énergie.

Ce dernier point est potentiellement important pour comprendre comment se forment les couronnes. Selon la masse d'un trou noir, il existe un certain rayon dans lequel une étoile sera très certainement attirée par la gravité d'un trou noir.

"Ce que cela nous dit, c'est que, si toute l'action se déroule dans ce rayon de perturbation de la marée, cela signifie que la configuration du champ magnétique qui supporte la couronne doit être dans ce rayon", dit Kara. "Ce qui signifie que, pour toute couronne normale, les champs magnétiques dans ce rayon sont responsables de la création d'une couronne."

Les chercheurs ont calculé que si une étoile était en effet la cause de la couronne manquante du trou noir, et si une couronne devait se former dans un trou noir supermassif de taille similaire, elle le ferait dans un rayon d'environ quatre minutes-lumière – une distance qui se traduit à environ 75 millions de kilomètres du centre du trou noir.

"Avec la mise en garde que cet événement s'est produit à partir d'une perturbation de marée stellaire, ce serait certaines des contraintes les plus strictes que nous avons sur l'endroit où la couronne doit exister", dit Kara.

La couronne s'est depuis reformée, s'illuminant par des rayons X à haute énergie que l'équipe a également pu observer. Il n'est pas aussi brillant qu'il l'était autrefois, mais les chercheurs continuent de le surveiller, bien que moins fréquemment, pour voir ce que ce système a de plus en réserve.

"Nous voulons garder un œil dessus", a déclaré Kara. "Il est toujours dans cet état inhabituel de flux élevé, et peut-être que cela fera à nouveau quelque chose de fou, donc nous ne voulons pas manquer ça."


Les astronomes observent l'évolution d'un trou noir pendant qu'il dévore le matériau stellaire


Fourni par
Massachusetts Institute of Technology

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche, de l'innovation et de l'enseignement du MIT.

Citation:
Dans un premier temps, les astronomes regardent la couronne d'un trou noir disparaître, puis réapparaissent (2020, 16 juillet)
récupéré le 16 juillet 2020
depuis https://phys.org/news/2020-07-astronomers-black-hole-corona-reappear.html

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