Crédit : DESY, Laboratoire de communication scientifique
De nouveaux calculs montrent qu’un trou noir avaler une étoile n’a peut-être pas généré assez d’énergie pour lancer un neutrino.
En octobre 2019, un neutrino de haute énergie a percuté l’Antarctique. Le neutrino, remarquablement difficile à détecter, a suscité l’intérêt des astronomes : qu’est-ce qui pouvait générer une particule aussi puissante ?
Les chercheurs ont retracé le neutrino jusqu’à un trou noir supermassif qui venait de se déchirer et d’avaler une étoile. Connu sous le nom d’événement de perturbation des marées (TDE), AT2019dsg s’est produit quelques mois plus tôt – en avril 2019 – dans la même région du ciel d’où provenait le neutrino. L’événement monstrueusement violent doit avoir été la source de la puissante particule, ont déclaré les astronomes.
Mais de nouvelles recherches jettent le doute sur cette affirmation.
Dans une étude publiée dans Le Journal d’Astrophysique, chercheurs au Centre d’Astrophysique | Harvard & Smithsonian et Université du nord-ouest, présentent de nouvelles observations et données radio étendues sur AT2019dsg, permettant à l’équipe de calculer l’énergie émise par l’événement. Les résultats montrent qu’AT2019dsg a généré loin de l’énergie nécessaire pour le neutrino ; en fait, ce qu’il a vomi était assez «ordinaire», conclut l’équipe.
Les trous noirs sont des mangeurs salissants
Bien que cela puisse sembler contre-intuitif, les trous noirs n’avalent pas toujours tout ce qui se trouve à leur portée.
« Les trous noirs ne sont pas comme des aspirateurs », explique Yvette Cendes, boursière postdoctorale au Center for Astrophysics qui a dirigé l’étude.
Lorsqu’une étoile s’approche trop près d’un trou noir, les forces gravitationnelles commencent à s’étirer ou à se disperser, explique Cendes. Finalement, le matériau allongé s’enroule autour du trou noir et se réchauffe, créant un éclair dans le ciel que les astronomes peuvent repérer à des millions d’années-lumière.
“Mais quand il y a trop de matière, les trous noirs ne peuvent pas tout manger en même temps”, explique Kate Alexander, co-auteur de l’étude et stagiaire postdoctorale à l’Université Northwestern, qui appelle les trous noirs “des mangeurs désordonnés”. “Une partie du gaz est crachée au cours de ce processus – comme lorsque les bébés mangent, une partie de la nourriture se retrouve sur le sol ou sur les murs.”
Ces restes sont renvoyés dans l’espace sous la forme d’un écoulement ou d’un jet – qui, s’il est suffisamment puissant, pourrait théoriquement générer une particule subatomique connue sous le nom de neutrino.
Une source improbable de neutrinos
Utilisation du Very Large Array au Nouveau-Mexique et du Large Millimeter/submillimeter Array d’Atacama (ALMA) au Chili, l’équipe a pu observer AT2019dsg, à quelque 750 millions d’années-lumière, pendant plus de 500 jours après que le trou noir ait commencé à consommer l’étoile. Les nombreuses observations radio font de l’AT2019dsg le TDE le mieux étudié à ce jour et ont révélé que la luminosité radio a culminé environ 200 jours après le début de l’événement.
Selon les données, la quantité totale d’énergie dans le flux sortant était équivalente à l’énergie rayonnée par le Soleil au cours de 30 millions d’années. Bien que cela puisse sembler impressionnant, le puissant neutrino repéré le 1er octobre 2019 nécessiterait une source 1 000 fois plus énergétique.
« Au lieu de voir le jet lumineux de matière nécessaire pour cela, nous voyons une sortie radio plus faible de matière », explique Alexander. « Au lieu d’une puissante lance à incendie, nous voyons un vent doux. »
Cendes ajoute : « Si ce neutrino provient d’une manière ou d’une autre d’AT2019dsg, cela soulève la question : pourquoi n’avons-nous pas repéré de neutrinos associés aux supernovae à cette distance ou plus près ? Ils sont beaucoup plus communs et ont les mêmes vitesses d’énergie.
L’équipe conclut qu’il est peu probable que le neutrino provienne de ce TDE particulier. Si c’était le cas, cependant, les astronomes sont loin de comprendre les TDE et comment ils lancent les neutrinos.
“Nous allons probablement vérifier à nouveau sur celui-ci”, déclare Cendes, qui pense qu’il y a encore beaucoup à apprendre. “Ce trou noir en particulier est toujours en train de se nourrir.”
Le TDE AT2019dsg a été découvert pour la première fois le 9 avril 2019 par la Zwicky Transient Facility en Californie du Sud. Le neutrino, connu sous le nom de IceCube-191001A, a été détecté par l’Observatoire de neutrinos IceCube au pôle Sud six mois plus tard.
Référence : « Observations radio d’un flux sortant ordinaire de l’événement de perturbation de la marée AT2019dsg » par Y. Cendes, KD Alexander, E. Berger, T. Eftekhari, PKG Williams et R. Chornock, 4 octobre 2021, Le Journal d’Astrophysique.
DOI : 10.3847 / 1538-4357 / ac110a
Les co-auteurs supplémentaires de l’étude sont Edo Berger et Peter Williams du Center for Astrophysics; Tarraneh Eftekhari de l’Université Northwestern; et Ryan Chornock du Université de Californie, Berkeley.
