Pratiquement tout ce qui se trouve dans l’espace pourrait constituer un repas potentiel pour un trou noir supermassif, y compris les étoiles entières. Même des étoiles beaucoup plus grosses que notre Soleil peuvent être victimes de l’extrême gravité du trou noir et être attirées vers sa gueule béante. C’est un phénomène terrifiant, mais à quelle fréquence cela se produit-il réellement ?
On pense que les événements de perturbation des marées (TDE), lorsque les forces de marée d’un trou noir submergent la gravité d’une étoile et la déchirent, se produisent tous les 10 000 à 100 000 ans dans une galaxie donnée. Les TDE peuvent être détectés par les immenses quantités d’énergie qu’ils dégagent. Bien que leurs observations soient encore assez rares, une équipe internationale de chercheurs en a découvert 18 que les recherches précédentes avaient manquées. Pourquoi?
De nombreux TDE peuvent être trouvés dans les galaxies poussiéreuses. La poussière obscurcit de nombreuses longueurs d’onde de rayonnement, des rayons optiques aux rayons X, mais les longueurs d’onde infrarouges longues sont beaucoup moins sensibles à la diffusion et à l’absorption. Lorsque l’équipe a examiné les galaxies dans l’infrarouge, elle a trouvé 18 TDE qui avaient échappé aux astronomes auparavant.
Caché à la vue de tous
Jusqu’à présent, la plupart des événements de perturbation des marées étaient détectés dans les bandes optiques et X. Les recherches de TDE émettant des émissions optiques (c’est-à-dire de la lumière visible) et des rayons X ont conduit à une augmentation des découvertes de TDE dans les années 2010. Ces méthodes peuvent toujours détecter certains TDE, mais pas tous. Le problème est que ces deux types de rayonnement ont des longueurs d’onde courtes qui peuvent être facilement dispersées et absorbées par la poussière, ce qui obscurcit les objets et les phénomènes à l’intérieur des galaxies riches en poussière.
Le trou noir supermassif dans le noyau galactique est à l’origine des TDE. La poussière et les gaz présents dans le disque d’accrétion d’un trou noir ne facilitent pas la détection.
La plupart des TDE découverts par l’équipe de recherche n’avaient pas été détectés auparavant dans la bande optique par la mission d’observation infrarouge WISE ou NEOWISE. Lorsqu’ils ont recherché ces événements dans les données des missions WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) et NEOWISE de la NASA, ainsi que dans les données d’autres missions telles que l’étude du ciel eROSITA de SRG, les bandes optiques et de rayons X n’ont pas montré grand-chose. Ce n’est que lorsque les chercheurs ont examiné les données WISE/NEOWISE dans l’infrarouge moyen qu’ils ont découvert des TDE cachés.
Sous un autre jour
Les événements de perturbation des marées qui ne peuvent être observés que dans l’infrarouge ont d’énormes implications sur la population réelle de TDE, ce qui était difficile à estimer sur la base de ceux qui n’avaient été détectés que dans les bandes optiques et à rayons X. Cela résout également le mystère de la raison pour laquelle il semble y avoir un manque de TDE dans les galaxies en formation d’étoiles, qui ont tendance à être riches en poussière.
Parmi les 18 événements nouvellement découverts se trouve ce qui est désormais le TDE connu le plus proche de la Terre. Il réside dans une galaxie de formation d’étoiles particulièrement poussiéreuse, ce qui aurait rendu sa vision presque impossible sans observations infrarouges.
La formation d’étoiles a eu un impact sur l’endroit où les astronomes recherchaient les TDE. Jusqu’à présent, les galaxies qui ne formaient plus d’étoiles étaient considérées comme des endroits idéaux pour rechercher des TDE car elles étaient pauvres en poussière. Comme les étoiles naissent dans d’énormes nuages de poussière et de gaz, il semble qu’il n’y ait pas de TDE dans les galaxies en formation d’étoiles lorsqu’elles sont observées dans des longueurs d’onde plus courtes. Cela explique pourquoi on pensait que les TDE se produisaient très probablement dans les galaxies où la formation d’étoiles a cessé ou presque.
La poussière peut gêner la plupart du temps, mais elle présente un avantage qui a en fait aidé les chercheurs à découvrir des TDE jusque-là inconnus. Une énorme quantité de chaleur est produite lorsque les étoiles sont démembrées par des trous noirs supermassifs. Les échos de poussière se produisent lorsque les particules de poussière sont chauffées et émettent un rayonnement, généralement un rayonnement infrarouge. Ces échos de poussière peuvent également aider à détecter les TDE cachés.
La détection infrarouge d’un si grand nombre de TDE répond également potentiellement à la question de « l’énergie manquante ». Il est théoriquement prévu que les TDE produisent plus d’énergie que ce que nous avons observé, alors où est passé le reste ? Les chercheurs qui ont découvert les nouveaux TDE suggèrent que l’impression d’énergie manquante venait de notre incapacité à observer le rayonnement obscurci par la poussière et le gaz : aucune énergie ne manquait ; il venait juste de passer inaperçu.
Il s’avère que les TDE ne sont peut-être pas aussi rares qu’on le pensait. Ils pourraient également devenir encore moins insaisissables avant trop longtemps. Les astronomes auront une idée beaucoup plus claire de la population après de futures enquêtes, telles que la Legacy Survey of Space and Time (LSST) de l’observatoire Vera Rubin, qui les recherche avec la vision infrarouge. Des enquêtes aussi puissantes pourraient permettre de détecter des centaines, voire des milliers d’ETD chaque année.
« Ce travail représente l’échantillon le plus propre de [infrared] »TDE sélectionnés à ce jour », a déclaré l’équipe de recherche dans une étude récemment publiée dans The Astrophysical Journal. « En tant que tel, il présente de nouvelles informations sur la démographie des TDE dans l’univers local et nous permet de sonder les propriétés d’une classe de TDE auparavant négligée. »
Le Journal d’Astrophysique, 2024. DOI : 10.3847/1538-4357/ad18bb