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Une particule fantôme parcourt 750 millions d’années-lumière et finit par être ensevelie sous la glace antarctique

Pour la toute première fois, des scientifiques ont reçu des signaux mystérieusement retardés de deux trous noirs supermassifs qui grignotaient des étoiles à proximité.

Dans le premier cas, un trou noir pesant jusqu’à 30 millions de soleils situé dans une galaxie à environ 750 millions d’années-lumière a englouti une étoile qui passait trop près de son bord. La lumière de l’événement a été repérée en avril 2019, mais six mois plus tard, un télescope Antarctique capturé une particule fantomatique à très haute énergie – un neutrino – qui a apparemment roté pendant la fête.

Un deuxième incident impliquait un trou noir supermassif avec environ 1 million de fois la masse du soleil dans une galaxie à environ 700 millions d’années-lumière. Les observatoires l’ont aperçu en train de déjeuner sur une étoile en août 2015, puis de se taire avant une soudaine explosion de les ondes radio est apparu en février 2016 puis à nouveau, près de quatre ans plus tard, en juillet 2019.

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Les deux événements impliquent ce que l’on appelle un événement de perturbation des marées (TDE), où un trou noir supermassif déchiquette une étoile en morceaux en utilisant son attraction gravitationnelle colossale – essentiellement une version extrême de la façon dont l’attraction gravitationnelle de la lune soulève les marées sur le la terre. De tels événements cosmiques ne sont toujours pas bien compris et ces deux nouvelles découvertes devraient grandement aider les astronomes à débloquer leur fonctionnement interne.

«Chaque fois que nous détectons un nouveau TDE, il peut toujours y avoir quelque chose d’excitant et d’inattendu qui lui est associé», a déclaré Jane Dai, qui étudie l’astrophysique des hautes énergies à l’Université de Hong Kong, à 45Secondes.fr. « Il y a donc beaucoup de nouvelles physiques qui peuvent être faites », a ajouté Dai, qui n’a participé à aucune des deux découvertes.

Les chercheurs classent les événements de perturbation des marées comme des phénomènes «transitoires», car ils éclatent généralement au cours de quelques jours, puis s’atténuent à nouveau. Ce qui crée exactement la lumière dans de tels cas n’est toujours pas tout à fait clair, a déclaré à 45Secondes.fr Assaf Horesh, astronome à l’Université hébraïque de Jérusalem en Israël et co-auteur de deux articles sur les nouveaux événements.

Alors que le trou noir supermassif déchire son repas stellaire, l’étoile devient « spaghettifiée » en un long et mince ruisseau. Ce torrent de matière s’enroule autour du trou noir et on pense qu’il produit un jet d’énergie alors qu’il tourne comme de l’eau descendant dans un drain, bien que d’autres modèles prédisent qu’une partie de l’ancienne étoile pourrait exploser vers l’extérieur et interagir avec le gaz et la poussière environnants, générant la fusée éclairante, dit Horesh.

un trou noir supermassif se nourrissant d'une étoile crachant une fusée de perturbation des marées

Après qu’un trou noir supermassif à des centaines de millions d’années-lumière ait déchiré une étoile en lambeaux, il a recraché une partie de cette matière dans l’espace. D’autres matières tourbillonnaient autour du centre du trou noir, créant un disque d’accrétion brillant. (Crédit d’image: DESY, Science Communication Lab)

Compte tenu de l’environnement extrême entourant le trou noir, les particules peuvent devenir considérablement accélérées dans des processus similaires aux brisants d’atomes comme le grand collisionneur de hadrons à Genève, en Suisse. Les neutrinos sont de minuscules points environ 500 000 fois plus légers qu’un électron et, étant neutres (n’ayant pas de charge), ils n’interagissent pas avec beaucoup lorsqu’ils volent à travers le cosmos.

Cela a permis à un seul neutrino de voyager vers l’extérieur à partir du premier TDE et de se diriger vers la Terre, pour finalement apparaître dans un instrument de la taille d’un kilomètre carré connu sous le nom de IceCube Neutrino Observatory, enfoui dans la glace antarctique. Les chercheurs ont étiqueté la détection IC191001A et ont calculé qu’elle avait près de 1 quadrillion d’électronvolts d’énergie, ce qui en fait l’un des neutrinos les plus puissants qu’IceCube ait jamais vus, selon l’un des nouveaux articles.s, qui a été publié le 22 février dans le journal Astronomie de la nature.

Alors que les physiciens ont prédit que des neutrinos sont produits lors d’événements de perturbation des marées, les astronomes n’ont jamais lié un neutrino à un TDE particulier, ce qui en fait une première spectaculaire. Quant à savoir pourquoi il est arrivé six mois après l’événement lui-même, « je n’en ai aucune idée », a déclaré Horesh.

Un mystère similaire entoure la deuxième étude qu’il a menée, également Astronomie de la nature . Dans ce cas, la lumière optique – celle que nos yeux voient – a été vue s’échapper d’un trou noir grignotant puis s’estomper, comme d’habitude pour ces phénomènes.

Horesh et ses co-auteurs ont décidé de mener des études de suivi à l’aide du télescope Karl Jansky Very Large Array (VLA) au Nouveau-Mexique, qui détecte les ondes radio. Ils n’ont rien vu venir du trou noir pendant des mois, puis, soudainement, six mois après l’événement initial, une fusée radio brillante. Encore plus étrange, les données VLA collectées près de quatre ans plus tard ont montré une autre curieuse explosion d’énergie radio.

« Quelqu’un peut inventer une histoire pour expliquer pourquoi nous avons vu quelque chose six mois plus tard », a déclaré Horesh. «Il n’y a rien pour expliquer pourquoi il devrait s’embraser, se décomposer puis s’embraser à nouveau. C’est vraiment intéressant.

Il souligne le besoin de nouveaux modèles pouvant expliquer ces signaux retardés. Son équipe spécule qu’une partie du jet d’énergie sort à un angle étrange, produisant un motif évasé qui est parfois vu et parfois pas lorsque le disque d’accrétion tourne. Une autre possibilité est que les restes stellaires entraînent des ondes de choc qui se déplacent lentement à travers le matériau entourant le trou noir, qui produisent des émissions énergétiques à des moments ultérieurs, bien que personne ne le sache vraiment.

Mais étant donné que ces incidents semblent maintenant durer plus longtemps que prévu initialement, Horesh a hâte de pouvoir détecter davantage d’événements de perturbation des marées qui pourraient donner un aperçu de leur nature.

Dai, lui aussi, est enthousiasmé par la perspective d’ouvrir des voies pour étudier les mystères des TDE. «Ces événements sont des laboratoires idéaux pour en savoir plus sur les trous noirs», a-t-elle déclaré, donnant aux chercheurs des indices importants sur la façon dont les matériaux s’accroissent autour d’eux et produisent des jets et des fusées éclairantes.

L’observatoire Vera C. Rubin au Chili, qui devrait commencer à collecter des données cette année, pourrait théoriquement voir des centaines de nouveaux TDE, a-t-elle ajouté; et d’autres instruments spatiaux à venir d’Europe et de Chine devraient ajouter à cette prime.

« L’avenir du domaine est très prometteur », a-t-elle déclaré.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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