Découverte de l’objet le plus brillant de l’univers – Propulsé par un trou noir supermassif mangeant un soleil par jour

Les astronomes utilisant le ESOLe VLT du VLT a découvert le quasar le plus brillant et le plus lumineux jamais observé, alimenté par le système à croissance la plus rapide trou noir connue, qui accumule de la masse à raison d’un Soleil par jour.

Utilisation de l’Observatoire européen austral (ESO) Très grand télescope (VLT), les astronomes ont caractérisé un quasar brillant, estimant qu’il s’agissait non seulement du plus brillant de son type, mais aussi de l’objet le plus lumineux jamais observé. Les quasars sont les noyaux brillants de galaxies lointaines et sont alimentés par des trous noirs supermassifs. Le trou noir de ce quasar record augmente en masse de l’équivalent d’un Soleil par jour, ce qui en fait le trou noir dont la croissance est la plus rapide à ce jour.

Les trous noirs qui alimentent les quasars collectent la matière de leur environnement selon un processus si énergique qu’il émet de grandes quantités de lumière. À tel point que les quasars font partie des objets les plus brillants de notre ciel, ce qui signifie que même les plus éloignés sont visibles depuis la Terre. En règle générale, les quasars les plus lumineux indiquent les trous noirs supermassifs dont la croissance est la plus rapide.

Les astronomes ont caractérisé le quasar le plus lumineux observé à ce jour, alimenté par le trou noir à la croissance la plus rapide. La masse de ce trou noir augmente de l’équivalent d’un Soleil par jour. La matière attirée vers ce trou noir forme un disque qui mesure sept années-lumière de diamètre, soit environ 15 000 fois la distance entre le Soleil et l’orbite de Neptune. Crédit : ESO

« Nous avons découvert le trou noir dont la croissance est la plus rapide connue à ce jour. Il a une masse de 17 milliards de soleils et mange un peu plus d’un soleil par jour. Cela en fait l’objet le plus lumineux de l’Univers connu », déclare Christian Wolf, astronome à l’Institut Université nationale australienne (ANU) et auteur principal de l’étude publiée aujourd’hui dans Nature Astronomy. Le quasar, appelé J0529-4351, est si éloigné de la Terre que sa lumière a mis plus de 12 milliards d’années pour nous parvenir.

La matière attirée vers ce trou noir, sous la forme d’un disque, émet tellement d’énergie que J0529-4351 est plus de 500 000 milliards de fois plus lumineux que le Soleil.⁽¹⁾ « Toute cette lumière provient d’un disque d’accrétion chaud qui mesure sept années-lumière de diamètre – ce doit être le plus grand disque d’accrétion de l’Univers », explique Samuel Lai, doctorant et co-auteur de l’ANU. Sept années-lumière représentent environ 15 000 fois la distance entre le Soleil et l’orbite de Neptune.

Cette image montre la région du ciel dans laquelle se trouve le quasar record J0529-4351. Grâce au Très Grand Télescope (VLT) de l’ESO au Chili, il s’est avéré que ce quasar est l’objet le plus lumineux connu à ce jour dans l’Univers. Cette image a été créée à partir d’images faisant partie du Digitized Sky Survey 2, tandis que l’encart montre l’emplacement du quasar dans une image du Dark Energy Survey. Crédit : ESO/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey

Et, chose remarquable, ce quasar record se cachait à la vue de tous. « Il est surprenant qu’il soit resté inconnu jusqu’à aujourd’hui, alors que nous connaissons déjà un million de quasars moins impressionnants. Jusqu’à présent, cela nous a littéralement regardé en face », explique le co-auteur Christopher Onken, astronome à l’ANU. Il a ajouté que cet objet est apparu sur des images de l’ESO Schmidt Southern Sky Survey datant de 1980, mais qu’il n’a été reconnu comme un quasar que des décennies plus tard.

La recherche de quasars nécessite des données d’observation précises provenant de vastes zones du ciel. Les ensembles de données qui en résultent sont si volumineux que les chercheurs utilisent souvent des modèles d’apprentissage automatique pour les analyser et distinguer les quasars des autres objets célestes. Cependant, ces modèles sont formés sur des données existantes, ce qui limite les candidats potentiels à des objets similaires à ceux déjà connus. Si un nouveau quasar est plus lumineux que tout autre observé précédemment, le programme pourrait le rejeter et le classer à la place comme une étoile pas trop éloignée de la Terre.

Cette vue d’artiste montre le quasar J0529-4351, le noyau brillant d’une galaxie lointaine alimentée par un trou noir supermassif. Crédit : ESO/M. Messager de Korn

Une analyse automatisée des données du Agence spatiale européenneLe satellite Gaia de est passé au-dessus de J0529-4351 parce qu’il était trop brillant pour être un quasar, ce qui suggère qu’il s’agit plutôt d’une étoile. Les chercheurs l’ont identifié comme un quasar lointain l’année dernière à l’aide des observations du télescope ANU de 2,3 mètres de l’observatoire de Siding Spring en Australie. Cependant, pour découvrir qu’il s’agissait du quasar le plus lumineux jamais observé, il a fallu un télescope plus grand et des mesures à partir d’un instrument plus précis. Le spectrographe X-shooter du VLT de l’ESO dans le désert chilien d’Atacama a fourni les données cruciales.

Le trou noir dont la croissance est la plus rapide jamais observée sera également une cible parfaite pour la mise à niveau GRAVITY+ de l’interféromètre VLT (VLTI) de l’ESO, conçu pour mesurer avec précision la masse des trous noirs, y compris ceux éloignés de la Terre. De plus, l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, un télescope de 39 mètres en construction dans le désert chilien d’Atacama, rendra l’identification et la caractérisation de ces objets insaisissables encore plus réalisables.

Cette vidéo nous fait voyager depuis notre voie Lactée loin dans le ciel jusqu’au quasar J0529-4351, le noyau brillant d’une galaxie lointaine, en direction de la constellation Pictor. La vidéo se termine par une impression d’artiste de cet objet record ; tous les autres visuels présentés sont de véritables images astronomiques. Crédit : ESO/N. Risinger (skysurvey.org)/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey/M. Kornmesser. Musique : Astral électronique

La découverte et l’étude de trous noirs supermassifs lointains pourraient faire la lumière sur certains des mystères de l’Univers primitif, notamment sur la manière dont eux et leurs galaxies hôtes se sont formés et ont évolué. Mais ce n’est pas la seule raison pour laquelle Wolf les recherche. « Personnellement, j’aime simplement la chasse », dit-il. « Quelques minutes par jour, je me sens à nouveau comme un enfant, en train de jouer à la chasse au trésor, et maintenant je mets sur la table tout ce que j’ai appris depuis. »

Remarques

1. Il y a quelques années, NASA et l’Agence spatiale européenne ont indiqué que le Le télescope spatial Hubble avait découvert un quasar, J043947.08+163415.7, aussi brillant que 600 000 milliards de Soleils. Cependant, la luminosité de ce quasar était amplifiée par une galaxie « lentille », située entre nous et le quasar lointain. La luminosité réelle de J043947.08+163415.7 est estimée à environ 11 000 milliards de soleils (1 000 milliards équivaut à un million de millions : 1 000 000 000 000 ou 10¹²).

L’équipe est composée de Christian Wolf (École de recherche en astronomie et astrophysique, Australian National University, Australie (ANU) et Center for Gravitational Astrophysics, Australian National University, Australie (CGA)), Samuel Lai (ANU), Christopher A. Onken ( ANU), Neelesh Amrutha (ANU), Fuyan Bian (Observatoire européen austral, Chili), Wei Jeat Hon (École de physique, Université de Melbourne, Australie (Melbourne)), Patrick Tisserand (Sorbonne Universités, CNRS, UMR 7095, Institut d ‘Astrophysique de Paris, France), et Rachel L. Webster (Melbourne).