Un réveil massif du trou noir révèle la lumière sur le comportement galactique

Une galaxie nommée SDSS1335+0728 a montré une luminosité continue depuis 2019, attribuée à l'activation de son trou noir supermassif central, éclairant sur la manière dont les noyaux galactiques deviennent actifs. Crédits : ESO/M. Kornmesser

La galaxie SDSS1335+0728, observée par le Très Grand Télescope et d'autres, présente des changements de luminosité sans précédent depuis décembre 2019, probablement dus à l'activation d'un trou noir supermassif en son centre.

Ce phénomène de luminosité continue offre une opportunité unique d'étudier la transition d'un état de quiétude à un noyau galactique actif, ce qui est une phase cruciale que la plupart des galaxies avec des trous noirs centraux subissent.

Des observations de plusieurs télescopes, y compris le Très Grand Télescope (VLT) de l'Observatoire Européen Austral au désert d'Atacama au Chili, montrent une galaxie subissant des changements spectaculaires au cours des dernières années. Ces changements spectaculaires de luminosité ont commencé en décembre 2019, un phénomène d'abord remarqué par le Zwicky Transient Facility (ZTF), qui opère depuis le télescope Samuel Oschin de 48 pouces à l'Observatoire Palomar de Caltech.

Divers phénomènes peuvent provoquer une augmentation temporaire de luminosité dans une galaxie, y compris des explosions de supernova ou des perturbations gravitationnelles (lorsqu'une étoile est déchirée lorsqu'elle passe près d'un trou noir supermassif). Mais le comportement de cette galaxie, appelée SDSS1335+0728, est nouveau, du moins par rapport aux observations antérieures. Au lieu de s'éclairer temporairement, pendant des dizaines ou quelques centaines de jours, la galaxie continue de devenir plus lumineuse aujourd'hui, plus de quatre ans après le premier changement observé.

Cette vidéo se concentre sur la galaxie SDSS1335+0728, qui a commencé à briller soudainement plus lumineusement qu'auparavant à la fin de 2019 et a été classée comme ayant un noyau galactique actif. Un encart à la fin de la vidéo montre une animation de l'artiste montrant le trou noir massif au centre de la galaxie, avec le disque de matériau en croissance attiré par le trou noir alors qu'il se nourrit du gaz disponible dans son environnement. C'est la première fois que le réveil d'un trou noir massif a été observé en temps réel.

L'explication la plus probable de ce comportement est l'activation d'un trou noir au centre de SDSS1335+0728, bien que d'autres explications n'aient pas encore été écartées. Lorsque des trous noirs supermassifs comme celui-ci s'activent, on les appelle des noyaux galactiques actifs.

« Nous avons trouvé plusieurs millions de noyaux galactiques actifs à ce jour, et avec la nouvelle génération de relevés célestes à domaines temporels comme celui du ZTF, nous en avons trouvé environ 700 qui changent significativement de luminosité », explique Matthew Graham, professeur de recherche en astronomie à Caltech et scientifique du projet pour ZTF. « Mais jusqu'à présent, nous n'avons pas observé de noyaux galactiques réellement en train de s'activer, de passer d'un état de quiétude à un état actif avec du matériau tombant dans le trou noir supermassif au cœur de la galaxie. »

Cette illustration montre deux étapes de la formation d'un disque de gaz et de poussière autour du trou noir massif au centre de la galaxie SDSS1335+0728. Le cœur de cette galaxie s'est illuminé en 2019 et continue de briller aujourd'hui — la première fois que nous observons un trou noir massif devenir actif en temps réel. Crédits : ESO/M. Kornmesser

De nouvelles observations du VLT de l'ESO et d'autres sites montrent que SDSS1335+0728 rayonne davantage de lumière ultraviolette, optique et infrarouge, et plus récemment, de rayons X.

« Pour autant que nous puissions le dire », déclare Graham, « il n'y a rien de particulièrement inhabituel dans cette galaxie. Nous l'avons simplement capturée à un moment quelque peu unique. Nous nous attendons à ce que la plupart des galaxies passent par une phase comme celle-ci puisque la plupart des galaxies ont un trou noir supermassif à leur centre. Une étude plus approfondie de cette galaxie nous aidera à mieux comprendre ce processus et nous aidera également à trouver d'autres exemples. »

Cette animation montre le disque de matériau en croissance autour du trou noir massif au centre de la galaxie SDSS1335+0728. À la fin de 2019, cette galaxie a soudainement commencé à briller plus intensément que jamais et a été classée comme ayant un noyau galactique actif, alimenté par le trou noir central se nourrissant du matériau environnant. Crédits : ESO/M. Kornmesser

Cette recherche a été publiée dans Astronomy & Astrophysics sous le titre « SDSS1335+0728 : Le réveil d'un trou noir de ~10^6 M⊙. »

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Witnessing a Massive Black Hole’s Dramatic Awakening.