C'est la plus puissante explosion observée dans l'Univers depuis le Big Bang !

Le Big Bang n'est pas une explosion au sens rigoureux du terme mais à ce jour, si on veut parler de colossales libérations d'énergie brutales, les éruptions associées aux disques d'accrétion des trous noirs supermassifs sont très probablement les plus importantes depuis la fin du Big Bang. On vient de débusquer la plus puissante connue dans l'Univers observable, des centaines de milliers de fois plus que celles ordinairement observées avec ces astres dans des amas de galaxies.

En 1963 lorsque Maarten Schmidt, un astronome néerlandais, a fait l'analyse spectrale d'un astre, la contrepartie dans le visible d'une source radio puissante nommée 3C 273, il a stupéfié ses collègues. L'objet astronomique se présentait comme une étoile mais il se trouvait à plus de 2,4 milliards d'années-lumière de la Voie lactée, ce qui veut dire que pour être observable à une telle distance proprement cosmologique, il devait être d'une luminosité absolument prodigieuse tout en étant très compact, au point de ressembler à une étoile dans un télescope. Toute mesure faite, elle dépassait les 5 millions de millions de fois celle du Soleil, ou présenté d'une autre façon était équivalente à celle de 1.000 fois notre Galaxie !

D'autres quasi-stellar radio sources, des quasars selon la dénomination proposée en 1964 par l'astrophysicien d'origine chinoise Hong-Yee Chiu n'allaient pas tarder à être découverts. On en connaît aujourd'hui plus de 200.000 et nous avons toutes les raisons de penser que leur prodigieuse énergie provient de l'accrétion de la matière par des trous noirs supermassifs de Kerr en rotation, pouvant contenir des milliards de masses solaires comme M87*, récemment imagé par les membres de la collaboration Event Horizon Telescope.

Des jets de matière et des disques d'accrétion chauds avec du plasma

Ces trous noirs sont en fait présents dans la très grande majorité des grandes galaxies et ils sont à l'origine plus généralement de ce que l'on appelle des noyaux actifs de galaxies, (Active Galactic Nuclei ou AGN, en anglais) qui ne sont pas forcément aussi lumineux que les quasars, tout dépendant de la quantité de matière accrétée par les trous noirs. Le taux de conversion de l'énergie gravitationnelle en énergie lumineuse de la matière, chutant en direction d'un trou noir dans le disque d'accrétion qui est chauffé par les forces de frottement entre les parties de ce disque, est supérieur à celui des réactions de fusion thermonucléaire dans les étoiles, ce qui contribue à expliquer le rayonnement spectaculaire des quasars.

Une présentation de la découverte des traces d'une gigantesque éruption causée par le trou noir supermassif de la grande galaxie au cœur de l’amas d’Ophiucus. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Chandra X-ray Observatory

Une partie de la matière accrétée dans un disque autour d'un trou noir supermassif ne disparaît pas derrière son horizon des événements et elle est éjectée sous forme de jets de particules très puissants. L'environnement proche d'un tel trou noir est un plasma et il peut se produire différentes instabilités dans le disque d'accrétion et son alimentation en matière, conduisant à l'équivalent des éruptions solaires. On peut donc associer aussi à des trous noirs supermassifs des éruptions brusques et transitoires mais qui sont bien plus colossales. Dans le précédent article ci-dessous, Futura vous avait parlé des traces laissées dans un amas de galaxies par une de ces éruptions dont l'énergie libérée était une centaine de milliards de milliards de milliards de milliards de fois celle d'une bombe atomique.

On connaissait d'autres exemples d'éruptions encore plus puissantes dans des amas et aujourd'hui un groupe d'astrophysiciens ayant utilisé dans le domaine des rayons X les télescopes Chandra de la Nasa, XMM Newton de l'ESA dans l'espace en combinaison avec des observations au sol des radiotélescopes Murchison Widefield Array (MWA) en Australie et Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) en Inde, fait savoir qu'ils ont débusqué les traces de la plus grosse éruption de trou noir supermassif connue à ce jour.

Une éruption libérant des centaines de milliers de fois plus d'énergie

Comme l'expliquent des chercheurs, comme Simona Giacintucci dans l'article publié exposant cette découverte dans The Astrophysical Journal et disponible en accès libre sur arXiv, c'est à 390 millions d'années-lumière de la Voie lactée en direction de la constellation d'Ophiucus que se trouve dans un amas galactique connu sous le même nom le trou noir supermassif à l'origine d'une éruption cinq fois plus puissante que le record détenu jusque-là par celui contenu dans l'amas galactique MS 0735.6+7421, cette fois-ci à 2,6 milliards d'années-lumière de la Voie lactée.

Les astrophysiciens se doutaient de quelque chose de ce genre depuis 2016 et il apparaît clairement aujourd'hui que les instruments ont mis en évidence une bulle creusée dans le gaz intergalactique de l'amas d'Ophiucus par un jet de trou noir supermassif particulièrement puissant temporairement, comme l'explique la vidéo ci-dessus. Simona Giacintucci donne une analogie pour se faire une idée intuitive de ce qui s'est produit : « À certains égards, cette explosion ressemble à la façon dont l'éruption du mont St. Helens en 1980 a arraché le sommet de la montagne. Une différence clé est que vous pourriez insérer quinze galaxies de la taille de la Voie lactée d'affilée dans le "cratère" que cette éruption a creusé dans le gaz chaud de l'amas ».

Les bords de la cavité creusée dans la matière intergalactique de l'amas contiennent des électrons qui vont presque à la vitesse de la lumière et qui émettent des ondes dans le domaine radio, observées et mesurées par le MWA et le GMRT. L'éruption du trou noir supermassif semble terminée car Chandra ne révèle la présence d'aucun nouveau jet de matière. Les mesures de Chandra indiquent aussi que les régions les plus denses en gaz sont loin de la galaxie hébergeant le trou noir qui ne doit donc plus avoir beaucoup de matière à accréter, d'où l'absence de jets.

Les preuves de la plus grande éruption de trou noir supermassif observée dans l'Univers jusqu'ici proviennent d'une combinaison de données en rayons X (rose) de Chandra et XMM-Newton montrant le gaz chaud diffus qui pénètre dans l'amas d'Ophiucus, et de celles en radio (bleu) des radiotélescopes Murchison Widefield Array et Giant Metrewave Telescope. Les données infrarouges du relevé 2MASS sont montrées (en blanc). L'encadré en bas à droite montre une vue agrandie basée sur les données de Chandra, tandis que des points lumineux dispersés sur l'image reflètent la distribution des étoiles et des galaxies de premier plan. L'éruption est générée par un trou noir situé dans la galaxie centrale de l'amas, qui a produit des jets et creusé une grande cavité dans le gaz chaud environnant. Les chercheurs estiment que cette explosion a libéré cinq fois plus d'énergie que le précédent record connu et des centaines de milliers de fois plus qu'un amas de galaxies typique. © Rayon X: Chandra: Nasa/CXC/NRL/S. Giacintucci, et al., XMM: ESA/XMM ; Radio: NCRA/TIFR/GMRT ; Infrarouge: 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF