Des chercheurs de la Michigan State University ont étudié le comportement du trou noir supermassif Sagittarius A* au centre de notre galaxie, en se concentrant sur sa consommation de matière proche et les éruptions de rayons X qui en résultent. Ils ont utilisé des échos d'éruptions passées pour étudier l'activité historique du trou noir, révélant qu'il consommait fréquemment de la matière et qu'il était nettement plus brillant dans le passé.
Des scientifiques ont étudié l'activité passée du Sagittaire A*, le supermassif trou noir dans notre galaxie, en analysant les échos lumineux des éruptions de rayons X, indiquant une consommation de matière passée fréquente et un état historiquement plus brillant.
Le trou noir supermassif au cœur de notre voie Lactée Galaxy est un monstre silencieux. Cependant, le Sagittaire A* (ou Sgr A* en abrégé) n'est pas totalement dormant. Parfois, il engloutit une goutte de gaz moléculaire ou même une étoile, puis souffre d'une légère indigestion. Cela émet des éruptions de rayons X dans l’espace environnant.
Sgr A* est le trou noir supermassif le plus proche de la Terre, à une distance de 26 000 années-lumière. L’étude de l’environnement proche est difficile en raison de l’intense attraction gravitationnelle du trou noir. Cela déforme la vue des objets proches, les rendant difficiles à observer. Cependant, il existe des moyens d’y parvenir en examinant l’effet de ses éruptions sur les nuages moléculaires proches. Les astronomes ont récemment découvert les échos séculaires d’éruptions cutanées jusque-là inconnues qui se sont produites bien avant qu’il n’y ait de télescopes pour les observer. Ces échos indiquent que Sgr A* mange assez souvent.
Grace Sanger-Johnson, chercheuse à l'Université d'État du Michigan, a découvert neuf éruptions de rayons X inédites provenant de Sagittaire A*, le trou noir supermassif central de la Voie lactée, en passant au crible une décennie de données radiologiques. Cette image de la NASA, publiée il y a plus de dix ans, montre un exemple d'éruption de rayons X. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Deux chercheurs de l'Université d'État du Michigan, Grace Sanger-Johnson et Jack Uteg, ont étudié en détail les éruptions et leurs échos lumineux. Ce qu’ils ont trouvé montre une activité chez Sgr A* dans un passé très lointain lorsque Sgr A* a ingéré du matériel. Les émissions de rayons X résultant de cette activité ont voyagé pendant des centaines d'années depuis Sgr A* pour rebondir sur un nuage moléculaire voisin et l'éclairer. Cela a créé un écho lumineux qui a parcouru environ 26 000 ans avant d’atteindre la Terre. Ainsi, lorsque Uteg et Sanger ont étudié ces éruptions et ces échos lumineux, ils regardaient littéralement vers le passé.
Recherche de fusées éclairantes à rayons X Sgr A* avec NuSTAR
Sanger-Johnson a analysé dix années de données à la recherche d'éruptions de rayons X générées par les habitudes alimentaires de Sgr A*. Au cours de la perquisition, elle a trouvé des preuves de neuf autres explosions de ce type.
Les éruptions sont généralement assez dramatiques. Parce qu’ils sont si brillants, ils offrent aux astronomes la possibilité d’étudier l’environnement immédiat autour du trou noir. Les données étudiées par Sanger-Johnson provenaient de la mission NuSTAR. Il se concentre sur les émissions de rayons X et gamma à haute énergie. Ceux-ci proviennent généralement de régions actives au cœur des galaxies, d’explosions de supernova et d’autres événements actifs.
Les données collectées et analysées par Sanger-Johnson constituent désormais une base de données des fusées éclairantes de Sgr A.. « Nous espérons qu'en constituant cette banque de données sur les éruptions Sgr A, nous et d'autres astronomes pourrons analyser les propriétés de ces éruptions de rayons X et en déduire les conditions physiques à l'intérieur de l'environnement extrême du trou noir supermassif », a déclaré Sanger-Johnson. .
Les astronomes connaissent les explosions de Sgr A* grâce à d’autres observations. Voici une vue de l'explorateur de polarimétrie à rayons X et de l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA. La combinaison des données IXPE et Chandra a aidé les chercheurs à déterminer que la lumière des rayons X identifiée dans les nuages moléculaires provenait du Sagittaire A* lors d'une explosion il y a environ 200 ans. Crédit : Chandra : NASA/CXC/SAO ; IXPE : NASA/MSFC/F. Marin et coll.; Crédit Sonification : NASA/CXC/SAO/K.Arcand, SYSTEM Sounds (M. Russo, A. Santaguida)
Suivre les échos des fusées éclairantes
Pendant que Sanger-Johnson travaillait avec le NuSTAR données, le chercheur de premier cycle Jack Uteg a étudié l'activité autour du trou noir. Il a analysé 20 ans de données sur un nuage moléculaire géant appelé « le Pont ». Les données proviennent d'observations faites par NuSTAR et le Agence spatiale européennel'observatoire XMM-Newton de . Le pont se trouve à proximité de Sgr A* et n'émettrait normalement pas sa propre lumière.
Ainsi, les astronomes ont remarqué son éclaircissement aux rayons X, selon Uteg, qui construit une chronologie de Sgr A.c'est explosions passées. « La luminosité que nous voyons est très probablement la réflexion retardée d'explosions de rayons X passées de Sgr A », a-t-il déclaré. « Nous avons d'abord observé une augmentation de la luminosité vers 2008. Ensuite, au cours des 12 années suivantes, les signaux de rayons X du pont ont continué à augmenter jusqu'à atteindre leur luminosité maximale en 2020. »
Les travaux d'Uteg ont aidé les astronomes à déterminer que Sgr A* était environ cinq ordres de grandeur plus brillant en rayons X qu'il ne l'est actuellement. Cet éclaircissement indique que notre trou noir supermassif central avait probablement cannibalisé un nuage de gaz voisin. Et la luminosité a révélé d’autres propriétés, selon Uteg. « L'une des principales raisons pour lesquelles nous souhaitons que ce nuage devienne plus brillant est qu'il nous permet de limiter la luminosité de l'explosion de Sgr A* dans le passé », a-t-il déclaré.
Illustration du vaisseau spatial NuSTAR, doté d'un mât de 10 mètres qui sépare les modules optiques (à droite) des détecteurs dans le plan focal (à gauche). Cette séparation est nécessaire pour la méthode utilisée pour détecter les rayons X. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Ce que révèlent ces échos lumineux de Sgr A*
Grâce aux travaux de Sanger-Brown et Uteg, les astronomes disposent d'une autre solution pour contourner les difficultés d'observation autour des trous noirs. « Les fusées éclairantes et les feux d'artifice illuminent l'obscurité et nous aident à observer des choses que nous ne pourrions normalement pas observer », a-t-elle déclaré. « C'est pourquoi les astronomes doivent savoir quand et où ces éruptions se produisent, afin de pouvoir étudier l'environnement du trou noir en utilisant cette lumière. »
Les astronomes savent que le trou noir engloutit la matière à proximité sur une base variable, mais ces découvertes les aident à limiter la fréquence à laquelle cela se produit et la manière dont les éruptions qui en résultent affectent le voisinage voisin. De nombreuses questions demeurent quant à la fréquence à laquelle ces poussées se produisent et se sont produites dans le passé, selon le professeur adjoint de MSU Shuo Zhang, qui a agi en tant que chef d'équipe pour ces deux études.
« C'est la première fois que nous construisons une variabilité sur 24 ans pour un nuage moléculaire entourant notre trou noir supermassif qui a atteint sa luminosité maximale en rayons X », a déclaré Zhang. «Cela nous permet de raconter l'activité passée de Sgr A* il y a environ 200 ans. Notre équipe de recherche à MSU poursuivra ce « jeu d’astroarchéologie » pour percer davantage les mystères du centre de la Voie lactée.
Ces résultats des travaux de l’équipe MSU ont été présentés lors de la réunion d’été 2024 de l’American Astronomical Society.
Adapté d’un article initialement publié sur Universe Today.
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Dévoilement du Monster Black Hole au cœur de notre galaxie.
