En 2019, une équipe d’astronomes dirigée par le Dr Samantha Oates de l’Université de Birmingham a découvert l’un des transitoires les plus puissants jamais vus – où les objets astronomiques changent de luminosité sur une courte période. Oates et ses collègues ont trouvé cet objet, connu sous le nom de J221951-484240 (ou J221951), à l’aide du télescope ultra-violet et optique (UVOT) de la NASA. Observatoire Neil Gehrels Swift tout en recherchant la source d’une onde gravitationnelle (GW) que l’on pensait être causée par deux objets massifs fusionnant dans notre galaxie.
Plusieurs observations de suivi ont été faites à l’aide de l’UVOT et des autres instruments de Swift – le Burst Alert Telescope (BAT) et le X-Ray Telescope (XRT), le Le télescope spatial Hubblele grand télescope sud-africain (SALT), le Explorateur de levés infrarouges à champ large (WISE), le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, l’Australia Telescope Compact Array (ATCA), et plus encore. Les observations et les spectres combinés ont révélé que la source était un trou noir supermassif (SMBH) dans une galaxie lointaine qui s’est mystérieusement “allumée”, devenant l’un des éclats de luminosité les plus spectaculaires jamais vus avec un trou noir.
Le Dr Oates et ses collègues ont récemment présenté leurs découvertes lors de la réunion nationale d’astronomie de 2023 (NAM 2023) à Cardiff. La présentation, intitulée “Découverte Swift/UVOT de Swift J221951-484240 : un transitoire nucléaire ambigu lumineux UV”, faisait partie d’une session sur les transitoires explosifs et à haute énergie le mardi 4 juillet. Avec des chercheurs de l’Université de Birmingham, de l’University College de Londres, de l’Université Queen’s de Belfast et de l’Observatoire européen austral (ESO), ils ont publié leurs découvertes dans un article paru dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Comme ils l’ont décrit, l’équipe a trouvé J221951 lors de la recherche de l’ancêtre d’un événement d’ondes gravitationnelles (GW) (S190930t) détecté par l’observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) et le détecteur Advanced Virgo le 1er avril 2019. Swift était l’un des plusieurs observatoires participant à la recherche des sources de candidats GW libérés par la collaboration LIGO-Virgo. Sur la base du signal GW, on pensait que l’événement était le résultat d’une kilonova, où deux étoiles à neutrons fusionnent (ou une étoile à neutrons et un trou noir), libérant une énorme quantité d’énergie et d’ondes gravitationnelles dans le processus.
Les événements de Kilonova apparaissent généralement sous la forme d’éclats bleu vif qui s’estompent et deviennent plus rouges au cours des prochains jours. Mais lorsque le Dr Oats et son équipe ont vu J221951 avec l’UVOT de Swift, ils ont remarqué que le transitoire n’apparaissait pas en bleu, ne changeait pas de couleur ou ne s’estompait pas aussi rapidement que prévu. Observations de suivi avec HubbleLe spectrographe des origines cosmiques (COS) de ‘s a obtenu des spectres ultraviolets de J221951, qui ont révélé qu’il n’était pas associé à l’événement GW précédemment détecté.
Les spectres ont en outre indiqué que la source était distante d’environ 10 milliards d’années-lumière, alors que le signal GW a été détecté à moins de 0,5 milliard d’années-lumière. “La découverte clé a eu lieu lorsque le spectre ultraviolet de Hubble a exclu une origine galactique”, a déclaré le Dr N. Paul Kuin, membre de l’équipe du Mullard Space Science Laboratory de l’University College London, dans un récent communiqué de presse de la Royal Astronomical Society. “Cela montre à quel point il est important de maintenir une capacité de spectrographe UV spatial pour l’avenir.”
L’équipe a également consulté les données de l’Advanced Camera for Surveys (ACS) de Hubble, du catalogue ALLWISE, du Dark Energy Survey (DES), du satellite Galaxy Evolution Explorer (GALEX), de l’Inamori-Magellan Areal Camera and Spectrograph (IMACS) sur le Baade Télescope à l’observatoire de Las Campanas, l’instrument GROND (Gamma-Ray Burst Optical/Near-Infrared Detector) sur le télescope MPG/ESO de 2,2 mètres à l’observatoire de La Silla et le télescope d’imagerie ultraviolette (UVIT) à bord de l’AstroSat indien Satellite.
Les recherches de l’équipe ont suggéré que J221951 résultait d’un SMBH qui consommait soudainement et rapidement les matériaux environnants. Cela a été confirmé par des données optiques et infrarouges qui détectaient précédemment une galaxie rouge à proximité de J221951, et l’emplacement du sursaut lumineux est cohérent avec le centre de la galaxie. De plus, les spectres UV ont montré des caractéristiques d’absorption compatibles avec une énorme libération d’énergie, qui a poussé et a été absorbée par le gaz et la poussière entourant le trou noir. Combinées à sa luminosité, les données ont révélé que J221951 est l’un des événements les plus dramatiques jamais vus où un trou noir s’est soudainement “allumé”.
Cette découverte fait partie d’un nombre croissant de recherches qui montrent comment les SMBH jouent un rôle très actif dans la formation d’étoiles d’une galaxie. Lorsque ces mastodontes engloutissent des matériaux, tels que du gaz, de la poussière et même des étoiles, ils libèrent d’intenses rafales d’énergie qui perturbent le matériau de formation d’étoiles dans la région centrale et le disque de la galaxie. Le Dr Matt Nicholl, membre de l’équipe de l’Université Queen’s de Belfast, a expliqué :
“Notre compréhension des différentes choses que les trous noirs supermassifs peuvent faire s’est considérablement élargie ces dernières années, avec des découvertes d’étoiles déchirées et accrétant des trous noirs avec des luminosités extrêmement variables. J221951 est l’un des exemples les plus extrêmes à ce jour d’un trou noir qui nous surprend. La surveillance continue de J221951 pour déterminer la libération totale d’énergie pourrait nous permettre de déterminer s’il s’agit d’une perturbation de marée d’une étoile par un trou noir à rotation rapide, ou d’un nouveau type d’interrupteur AGN activé ».
L’équipe a également identifié deux mécanismes possibles qui pourraient expliquer le comportement alimentaire soudain et vorace. D’une part, il est possible qu’une étoile en orbite soit passée près du SMBH et ait été séparée – connue sous le nom d’événement de perturbation de marée (ou plus communément de “spaghettification”). Une deuxième possibilité est que J221951 soit un noyau galactique actif (AGN), connu sous le nom de « quasar », qui a commencé à se nourrir de son disque d’accrétion. En d’autres termes, le SMBH au centre de cette galaxie s’est “réveillé” de son état précédemment dormant. À l’avenir, le Dr Oates et ses collègues espèrent tirer parti des télescopes de nouvelle génération et de leurs capacités d’imagerie pour étudier plus avant J221951. Comme elle a ajouté :
« À l’avenir, nous serons en mesure d’obtenir des indices importants qui aideront à faire la distinction entre l’événement de perturbation des marées et les scénarios de noyaux galactiques actifs. Par exemple, si J221951 est associé à un AGN qui s’allume, nous pouvons nous attendre à ce qu’il cesse de s’estomper et à augmenter à nouveau en luminosité, tandis que si J221951 est un événement de perturbation de la marée, nous nous attendrions à ce qu’il continue à s’estomper. Nous devrons continuer à surveiller J221951 au cours des prochains mois ou années pour capturer son comportement tardif.
Lectures complémentaires : Société royale d’astronomie
