L'écho lumineux d'une éruption de rayons X provenant du noyau d'une galaxie a été observé. Alors que l'étoile était tirée dans le trou noir, son matériau a été injecté dans le disque d'accrétion du trou noir, provoquant une soudaine explosion de rayonnement. L'émission de rayons X résultante a été observée alors qu'elle frappait les gaz stellaires locaux, produisant un écho lumineux. Cet événement nous donne un meilleur aperçu de la façon dont les étoiles sont dévorées par les trous noirs supermassifs et fournit une méthode pour cartographier la structure des noyaux galactiques. Les scientifiques croient maintenant qu'ils ont des preuves d'observation de l'insaisissable tore moléculaire qui est censé entourer les trous noirs supermassifs actifs.
Des échos lumineux de galaxies éloignées ont déjà été observés. Les échos d'une supernova qui se sont produits il y a 400 ans (qui est maintenant observé comme le reste de supernova SNR 0509-67.5) n'ont été observés que sur Terre, après que les émissions de supernova ont rebondi sur la matière galactique. C'est la première fois cependant que les émissions énergétiques d'un afflux soudain de matière dans un disque d'accrétion de trou noir supermassif ont été observées faisant écho à des gaz dans les noyaux galactiques. Il s'agit d'une étape majeure vers la compréhension de la façon dont les étoiles sont consommées par les trous noirs supermassifs. De plus, l'écho agit comme un projecteur, mettant en évidence la matière stellaire sombre entre les étoiles, révélant une structure que nous n'avons jamais vue auparavant.
Cette nouvelle recherche a été réalisée par une équipe internationale dirigée par Stefanie Komossa du Max Planck Institute for extraterrestrial Physics à Garching, en Allemagne, à l'aide des données du Sloan Digital Sky Survey. Komossa compare cette observation à l'éclairage d'une ville sombre avec un feu d'artifice:
“Étudier le cœur d'une galaxie normale, c'est comme regarder la ligne d'horizon de New York la nuit lors d'une panne de courant: vous ne pouvez pas en apprendre beaucoup sur les bâtiments, les routes et les parcs. La situation change, par exemple, lors d'un feu d'artifice. C'est exactement la même chose quand une explosion soudaine de rayonnement à haute énergie illumine une galaxie.»- Stefanie Komossa
Une forte explosion de rayons X comme celle-ci peut être très difficile à observer car ce sont des émissions de courte durée, mais une énorme quantité d'informations peut être obtenue en voyant un tel événement si les astronomes sont assez rapides. En analysant le degré d'ionisation et les données de vitesse dans les raies d'émission spectroscopiques de la lumière en écho, les physiciens de Max Planck ont pu déduire l'emplacement de la torche. Les «empreintes» cosmiques des atomes à la source de l'émission se trouvent dans les raies d'émission, les menant au noyau galactique où un trou noir supermassif est censé vivre.
Le modèle standard pour les noyaux galactiques (a.k.a. modèle unifié de galaxies actives) prédire un «tore moléculaire» entourant le disque d'accrétion du trou noir. Ces nouvelles observations de la galaxie nommée SDSSJ0952 + 2143 semblent montrer que l'éruption des rayons X a été réfléchie par le tore moléculaire galactique (avec de fortes raies d'émission de fer). C'est la première fois que la présence d'un éventuel tore est observée, et si elle est confirmée, les astrophysiciens disposeront de leurs preuves observationnelles de cette possibilité théorique, renforçant le modèle standard. De plus, l'utilisation de fusées éclairantes à disque d'accrétion peut aider les scientifiques lorsqu'ils tentent de cartographier la structure d'autres tores moléculaires.
Le renforcement de l'observation des émissions de rayons X en écho provenant du tore est la possibilité de voir des émissions infrarouges variables. Cette émission signifie un «dernier appel à l'aide» car le nuage poussiéreux est rapidement chauffé par les rayons X incidents. La poussière aura été vaporisée peu de temps après.
Mais comment savent-ils que c'est une étoile qui est tombée dans le disque d'accrétion? En plus des fortes lignes de fer, il existe d'étranges lignes d'émission d'hydrogène qui n'ont jamais été vues auparavant. Ceci est une preuve solide que ce sont les débris d'une étoile qui se sont approchés trop près du trou noir, enlevant son carburant d'hydrogène.
Bien que l'éruption des rayons X ait diminué, la galaxie continue d'être observée par le satellite à rayons X Chandra. Des émissions de rayons X faibles mais mesurables sont observées, ce qui signifie peut-être que l'étoile est toujours alimentée vers le disque d'accrétion. Il semble possible que la mesure de cette faible émission puisse également être utile, permettant aux chercheurs de continuer à cartographier le tore moléculaire longtemps après la fin de l'émission forte de rayons X initiale.
Sources: arXiv, Institut Max Planck de physique extraterrestre
