Les astronomes ont découvert un trou noir supermassif (SMBH) avec un horaire d'alimentation inhabituellement régulier. Le géant est un noyau galactique actif (AGN) au cœur de la galaxie Seyfert 2 GSN 069. L'AGN est à environ 250 millions d'années-lumière de la Terre et contient environ 400 000 fois la masse du Soleil.
L’équipe d’astronomes a utilisé le XMM-Newton de l’ESA et le Chandra X-ray Observatory de la NASA pour observer les émissions de rayons X du SMBH. Toutes les 9 heures environ, le trou noir s'illumine de rayons X lorsque le matériau y est aspiré. Les astronomes ont trouvé deux autres trous noirs de masse stellaire qui s'évasent régulièrement lorsqu'ils se nourrissent, mais ce genre de régularité dans un trou noir supermassif n'a jamais été vu auparavant.
"Ce trou noir est sur un plan de repas comme nous n'en avons jamais vu auparavant."
Giovanni Miniutti, auteur principal, ESA Center for Astrobiology, Espagne.
L'article décrivant cette découverte est publié dans Nature et s'intitule «Éruptions quasi-périodiques de rayons X de neuf heures à partir d'un noyau galactique de trou noir de faible masse». L'auteur principal est Giovanni Miniutti du Centre d'astrobiologie de l'ESA en Espagne. Selon le journal, la SMBH consomme environ quatre lunes de matériel trois fois par jour. Cela signifie que chaque fois que le trou noir se nourrit, il consomme environ un million de milliards de milliards de livres de matière.
"Ce trou noir est sur un plan de repas comme nous ne l'avons jamais vu auparavant", a déclaré Miniutti dans un communiqué de presse. «Ce comportement est si sans précédent que nous avons dû inventer une nouvelle expression pour le décrire:« Éruptions quasi-périodiques aux rayons X ».»
Les émissions de rayons X de cette SMBH sont connues et observées depuis juillet 2010, mais elles sont stables. Le nouveau document est basé sur 54 jours d'observations commençant en décembre 2018, en commençant par l'observatoire XMM-Newton de l'ESA. Cet observatoire a repéré deux rafales le 24 décembre. En janvier, XMM-Newton a trouvé trois autres de ces rafales régulières.
Ensuite, les astronomes ont demandé plus de temps d'observation à l'Observatoire Chandra de la NASA pour enquêter. Chandra a observé cinq autres de ces événements. Au cours des éruptions régulières actuelles, l'activité de torchage des rayons X augmente de deux ordres de grandeur par rapport aux émissions de rayons X de fond. Chaque poussée dure un peu plus d'une heure et se produit toutes les neuf heures.
"En combinant les données de ces deux observatoires à rayons X, nous avons suivi ces explosions périodiques pendant au moins 54 jours", a déclaré le co-auteur Richard Saxton du Centre européen d'astronomie spatiale à Madrid, en Espagne. «Cela nous donne une occasion unique d'assister au flux de matière dans un trou noir supermassif qui accélère et ralentit à plusieurs reprises.»
Au cours de chacune de ces explosions, le torchage des rayons X est 20 fois plus lumineux que pendant les périodes calmes. La température du gaz entrant chute également. Il passe d'environ 1 million de degrés Fahrenheit dans les périodes plus calmes à 2,5 millions de degrés Fahrenheit pendant les éruptions. La température plus élevée est à peu près la même que la température du gaz autour de la plupart des SMBH en croissance active.
La cause de ces poussées régulières est inconnue. Le gaz chaud de 2,5 millions de degrés F. entourant le GSN 069 est à la même température que le gaz entourant les autres SMBH. C’est un mystère car il fait tout simplement trop chaud pour provenir du disque de matériau qui tombe qui entoure les trous noirs. Mais le GSN 069 est une opportunité unique d'étudier le phénomène car le gaz chaud se forme à plusieurs reprises puis disparaît.
Normalement, ce gaz chaud est causé par une étoile déchirée et consommée par un trou noir, du moins le pensent les astronomes. Mais la régularité démontrée par GSN 069 est un mystère.
"Nous pensons que l'origine de l'émission de rayons X est une étoile que le trou noir a partiellement ou complètement déchirée et consomme lentement petit à petit", a déclaré la co-auteur Margherita Giustini, également du Center for Astrobiology de l'ESA. "Mais en ce qui concerne les rafales répétées, c'est une histoire complètement différente dont l'origine doit être étudiée avec des données supplémentaires et de nouveaux modèles théoriques."
Encore une fois, voir un trou noir supermassif consommer du gaz d'une étoile n'a rien de nouveau. C’est la régularité du torchage du GSN 069 qui est le gratte-tête. Les auteurs de l’étude suggèrent deux explications possibles du programme d’alimentation régulier de la SMBH:
- La quantité d'énergie dans le disque s'accumule jusqu'à ce qu'elle devienne instable et que la matière tombe rapidement dans le trou noir produisant les rafales. Ce cycle se répète.
- Il y a une interaction entre le disque et un corps secondaire en orbite autour du trou noir, peut-être le reste de l'étoile partiellement perturbée.
Grâce aux observations de Chandra, l'équipe de scientifiques sait que la source des rayons X torchés est en plein cœur du GSN 069. C'est là que l'on s'attend à ce qu'un SMBH soit. Les données combinées de Chandra et XMM-Newton montrent également clairement que le torchage, bien que régulier, change lentement: à la fois la taille et la durée des «repas» du trou noir ont légèrement diminué, et l'espace entre chaque repas augmente. Il appartient aux futures observations de voir si ces tendances se poursuivent.
Le GSN 069 est petit pour une SMBH. Habituellement, un SMBH contient autant de masse que plusieurs millions voire plusieurs milliards de soleils, tandis que le GSN 069 ne contient que 400 000 soleils de masse. Cela pourrait aider à expliquer pourquoi ce type d'alimentation régulière n'a jamais été vu auparavant.
Pour les plus grandes SMBH, beaucoup plus grandes que celle-ci, leurs fluctuations de luminosité sont beaucoup plus lentes. Plutôt que d'éclater toutes les neuf heures, cela devrait leur prendre des mois, voire des années, pour s'embraser ainsi. Cela expliquerait pourquoi des éruptions quasi-périodiques (QPE) comme celles-ci n'ont pas été observées. Les observatoires aux rayons X sont occupés et il n'y a aucun moyen d'en former un sur une seule cible aussi longtemps.
Il y a eu plusieurs cas où des augmentations ou des diminutions importantes des rayons X produits par les trous noirs ont été observées. Ces observations reposaient sur des observations répétées au cours des mois, voire des années. Certains de ces changements sont trop rapides pour être expliqués par la théorie standard de la matière qui tombe du disque d'accrétion d'un trou noir. Mais cette découverte pourrait expliquer ces observations. Ils peuvent avoir un comportement similaire à GSN 069.
Plus:
- Communiqué de presse: Les scientifiques découvrent que Black Hole a trois plats chauds par jour
- Document de recherche: Éruptions quasi-périodiques de rayons X de neuf heures à partir d'un noyau galactique de trou noir de faible masse
- Wikipédia: noyau galactique actif
