Les rafales radio des trous noirs «zombies» excitent les astronomes | La science

Lorsqu’une étoile malchanceuse s’aventure trop près de l’un des trous noirs supermassifs qui se cachent au centre des galaxies, elle est déchirée en lambeaux et étirée comme des spaghettis. Dans ce soi-disant événement de perturbation des marées (TDE), le trou noir se nourrit des restes stellaires, qui s’enroulent autour du ventre du trou noir dans un disque d’accrétion. Pendant le festin, le trou noir peut briller plus fort qu’une supernova pendant des mois, avant de revenir à un état d’hibernation tranquille.

Ou alors l’histoire va habituellement.

La surveillance continue par des astronomes patients a maintenant révélé quelques cas dans lesquels des trous noirs se réveillent et crachent de la matière et de l’énergie, envoyant des rafales d’ondes radio vers la Terre des mois, voire des années après le TDE initial. “Ce qu’il y a d’incroyablement inhabituel dans [these events] est que les objets sont revenus à la vie, comme un zombie », explique Enrico Ramirez-Ruiz, astrophysicien théoricien à l’Université de Californie à Santa Cruz. “Cela remet vraiment en question le paradigme.”

Les astronomes ne savent pas exactement ce qui déclenche les explosions retardées, mais ils pensent que les émissions pourraient aider à expliquer les mécanismes mystérieux par lesquels les trous noirs convertissent la matière stellaire en jets puissants qui jaillissent de leurs pôles. “Cela nous dit quelque chose sur la physique du moteur central qui nous est autrement caché”, déclare Sasha Tchekhovskoy, astrophysicien en informatique à l’Université Northwestern. “Ces jets peuvent faire exploser des galaxies entières, c’est donc un processus très important dans l’évolution des galaxies.”

La plupart des quelques dizaines de TDE connus ont été détectés à partir de la lumière optique ou des rayons X émis lors du festin initial. Mais “la radio joue désormais un rôle très important” dans la compréhension des TDE, déclare l’astronome Igor Andreoni du Joint Space-Science Institute. Les trous noirs génèrent des ondes radio en expulsant le plasma, en le pompant dans des jets polaires ou en crachant des matériaux qui s’écrasent dans le gaz environnant. Mais ces sorties ont normalement lieu pendant un TDE, peu de temps après que le trou noir ait déchiré son repas.

En février 2021, cependant, Assaf Horesh, astrophysicien à l’Université hébraïque de Jérusalem, a découvert une rafale radio survenue 6 mois après le TDE initial. Puis, le 30 juin, Yvette Cendes, astronome au Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, a rapporté avoir trouvé une autre éruption retardée dans une préimpression publiée sur arXiv. À l’aide de plusieurs observatoires, elle et ses collègues ont documenté un pic rapide d’activité radio qui s’est lancé plus de 2 ans après la première collation du trou noir. « C’est un cas assez exceptionnel », dit Cendes.

L’étudiant diplômé de Horesh, Itai Sfaradi, a peut-être pris un troisième exemple. Réanalysant un TDE précédemment repéré, Sfaradi affirme dans le numéro du 10 juillet de Le Journal Astrophysique qu’il a trouvé des émissions radio retardées en combinaison avec une fusée éclairante à rayons X. Ces émissions en tandem sont parfois observées dans les soi-disant binaires à rayons X – dans lesquels des trous noirs de la taille d’une étoile aspirent le gaz d’une étoile appariée – suggérant que les mécanismes peuvent être liés, dit Horesh.

Les changements dans le disque d’accrétion du trou noir alimentent les poussées des binaires à rayons X, et Ramirez-Ruiz pense que la même chose peut se produire avec les trous noirs supermassifs, des mois après un TDE. Dans ce scénario, le gaz spaghettifié d’une étoile s’accumule plus lentement au fil du temps, permettant au disque d’accrétion de se refroidir et de s’amincir. Finalement, le disque s’affaiblit suffisamment pour ouvrir une voie d’évacuation qui permet aux lignes de champ magnétique du trou noir de lancer du matériel du disque dans l’espace, où il s’écrase dans le gaz environnant et produit des sursauts radio.

Tchekhovskoy est d’accord – et il a des modèles qui démontrent le comportement. Lui et ses collègues ont effectué des simulations informatiques de l’évolution des disques d’accrétion et ont découvert qu’ils pouvaient atteindre un état Goldilocks dans lequel les jets peuvent se former efficacement. Le moment clé survient lorsque le disque d’accrétion est encore suffisamment dense pour alimenter les jets, mais pas suffisamment dense pour réabsorber les ondes radio générées. C’est peut-être pour cette raison que nous voyons ces explosions retardées, dit-il : « Nous attendons simplement que le gaz ait la bonne densité.

Plus d’indices pourraient venir si les relevés radio à large champ peuvent capturer d’autres réveils de zombies. Le Very Large Array, un complexe de télescopes au Nouveau-Mexique, devrait balayer le ciel pour la troisième fois l’année prochaine, et l’Australian Square Kilometre Array Pathfinder lancera une étude complète du ciel plus tard cette année. Cendes et Horesh prévoient de mener des enquêtes radio de suivi sur les TDE en utilisant ces observatoires, entre autres. Dans un travail non publié, Cendes pense avoir déjà trouvé plusieurs autres candidats.

La découverte d’une plus grande population de ces TDE avec des explosions retardées ouvrirait un laboratoire naturel, permettant aux théoriciens d’étudier le comportement des trous noirs dans un large éventail de conditions, a déclaré Ramirez-Ruiz. Pour les physiciens, dit-il, « la gastronomie des trous noirs offre vraiment un nouveau terrain de jeu ».

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