Déchiré : un gigantesque trou noir détruit une étoile massive

Les astronomes découvrent les détails d’une étoile massive, ASASSN-14li, dévorée par un trou noirremettant en question les théories précédentes et faisant allusion à de nouvelles méthodes d’exploration cosmique.

Des chercheurs ont réalisé une étude médico-légale complète sur une étoile qui a été déchiquetée lorsqu’elle s’est aventurée trop près d’un trou noir géant, puis dont l’intérieur a été projeté dans l’espace.

NASAL’observatoire de rayons X Chandra de et le XMM-Newton de l’ESA ont étudié la quantité d’azote et de carbone à proximité d’un trou noir connu pour avoir déchiré une étoile. Les astronomes pensent que ces éléments ont été créés à l’intérieur de l’étoile avant qu’elle ne soit déchirée à l’approche du trou noir.

« Nous voyons les tripes de ce qui était autrefois une star », a déclaré Jon Miller de l’Université du Michigan qui a dirigé l’étude. « Les éléments laissés derrière nous sont des indices que nous pouvons suivre pour déterminer quel type d’étoile a connu sa disparition. »

L’illustration de cet artiste représente les conséquences d’un « événement de perturbation de marée » (TDE) appelé ASASSN-14li, au cours duquel une étoile a été déchiquetée après s’être approchée de trop près d’un trou noir supermassif. Après que l’étoile ait été déchirée, une partie de son gaz (rouge) a tourné autour et est tombée dans le trou noir, tandis qu’une partie du gaz a été chassée par le vent (bleu). Crédit : NASA/CXC/Univ du Michigan/J. Miller et coll.; Illustration : NASA/CXC/M.Weiss

Événements de perturbation des marées : un examen plus approfondi

Les astronomes ont trouvé de nombreux exemples d’« événements de perturbation des marées » ces dernières années, où les forces gravitationnelles d’un trou noir massif détruisent une étoile. Cela provoque une éruption, souvent observée dans la lumière optique, ultraviolette et dans les rayons X, lorsque les débris de l’étoile se réchauffent. Cet événement, baptisé ASASSN-14li, se démarque pour plusieurs raisons.

Au moment de sa découverte en novembre 2014, il s’agissait de la perturbation de marée la plus proche de la Terre (290 millions d’années-lumière) découverte depuis environ une décennie. Grâce à cette proximité, ASASSN-14li a fourni un niveau de détail extraordinaire sur l’étoile détruite. L’équipe de Miller a appliqué de nouveaux modèles théoriques pour améliorer les estimations, par rapport aux travaux précédents, de la quantité d’azote et de carbone autour du trou noir.

Cette animation illustre ce qui se passe lorsqu’une étoile malchanceuse s’éloigne trop près d’un trou noir monstrueux. Les forces gravitationnelles créent des marées intenses qui brisent l’étoile en un flux de gaz. La partie arrière du flux s’échappe du système, tandis que la partie avant revient, entourant le trou noir d’un disque de débris. Ce phénomène cataclysmique est appelé événement de perturbation des marées. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA/Chris Smith (USRA/GESTAR)

« Ces télescopes à rayons X peuvent être utilisés comme outils médico-légaux dans l’espace », a déclaré la co-auteure Brenna Mockler des observatoires Carnegie et de l’Université de Californie à Los Angeles. « La quantité relative d’azote par rapport au carbone que nous avons trouvée indique que des matériaux provenant de l’intérieur d’une étoile condamnée pèsent environ trois fois la masse du Soleil. »

L’étoile d’ASASSN-14li est donc l’une des plus massives – et peut-être la plus massive – que les astronomes aient vue jusqu’à présent déchirée par un trou noir.

L’importance de l’ASASSN-14li

« ASASSN-14li est passionnant car l’une des choses les plus difficiles avec les perturbations de marée est de pouvoir mesurer la masse de l’étoile malchanceuse, comme nous l’avons fait ici », a déclaré le co-auteur Enrico Ramirez-Ruiz de l’Université de Californie à Santa Cruz. . « Observer la destruction d’une étoile massive par un trou noir supermassif est envoûtant, car on s’attend à ce que les étoiles plus massives soient nettement moins courantes que les étoiles de masse inférieure. »

Plus tôt cette année, une autre équipe d’astronomes a rapporté l’événement « Scary Barbie » au cours duquel ils ont estimé qu’une étoile ayant environ 14 fois la masse du Soleil avait été détruite par un trou noir. Cependant, cela n’a pas encore été confirmé comme une perturbation de marée, l’estimation de la masse de l’étoile étant principalement basée sur la luminosité de l’éruption, et non sur une analyse détaillée de la matière autour du trou noir comme avec ASASSN-14li.

Un autre aspect intéressant des résultats de l’ASASSN-14li est ce qu’ils signifient pour les études futures. Les astronomes ont vu des étoiles moyennement massives comme ASASSN-14li dans l’amas d’étoiles qui contient le trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Par conséquent, la capacité d’estimer les masses stellaires des étoiles perturbées par les marées donne potentiellement aux astronomes un moyen d’identifier la présence d’amas d’étoiles autour des trous noirs supermassifs dans des galaxies plus lointaines.

Jusqu’à cette étude, il existait une forte possibilité que les éléments observés dans les rayons X provenaient de gaz libérés lors d’éruptions précédentes par le trou noir supermassif. La configuration des éléments analysés ici semble cependant provenir d’une seule étoile.

Des travaux antérieurs publiés en 2017 par Chenwie Yang de l’Université des sciences et technologies de Hefei, en Chine, utilisaient des données ultraviolettes provenant de la NASA. Le télescope spatial Hubble pour montrer qu’il y a une augmentation de l’azote par rapport au carbone dans ASASSN-14li, mais dans une quantité inférieure à celle découverte par l’équipe de Miller à l’aide de données radiologiques. Ces auteurs ont découvert que l’étoile était seulement plus massive que 0,6 fois celle du Soleil.

Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Massive Star Obliterated by a Giant Black Hole.

Le nouvel article a été publié dans le numéro du 20 août 2023 de Les lettres du journal astrophysique. Les autres auteurs de l’article, outre Miller, Mockler et Ramirez-Ruiz, sont Paul Draghis (Université du Michigan), Jeremy Drake (Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian), John Raymond (CfA), Mark Reynolds (Université du Michigan), Xin Xiang (Université du Michigan), Sol Bin Yun (Université du Michigan) et Abderahmen Zoghbi (Université du Maryland).

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle les opérations scientifiques depuis Cambridge, dans le Massachusetts, et les opérations aériennes depuis Burlington, dans le Massachusetts.