Une lueur montante dans une galaxie lointaine pourrait changer notre façon de regarder les trous noirs

Quelque chose d’étrange se prépare dans la galaxie connue sous le nom de 1ES 1927+654 : fin 2017, et pour des raisons que les scientifiques n’ont pas pu expliquer, le trou noir supermassif situé au cœur de cette galaxie a subi une crise d’identité massive. En l’espace de quelques mois, l’objet déjà brillant, qui est si lumineux qu’il appartient à une classe de trous noirs connus sous le nom de noyaux galactiques actifs (AGN), est soudainement devenu beaucoup plus brillant – brillant près de 100 fois plus que la normale en lumière visible .

Maintenant, une équipe internationale d’astrophysiciens, comprenant des scientifiques de CU Boulder, a peut-être identifié la cause de ce changement. Les lignes de champ magnétique traversant le trou noir semblent s’être renversées, provoquant un changement rapide mais de courte durée dans les propriétés de l’objet. C’était comme si les boussoles sur Terre commençaient soudainement à pointer vers le sud au lieu du nord.

Les conclusions, publiées le 5 mai dans Le Journal Astrophysiquepourrait changer la façon dont les scientifiques regardent les trous noirs supermassifs, a déclaré le co-auteur de l’étude Nicolas Scepi.

« Normalement, nous nous attendrions à ce que les trous noirs évoluent sur des millions d’années », a déclaré Scepi, chercheur postdoctoral au JILA, un institut de recherche conjoint entre CU Boulder et le National Institute of Standards and Technology (NIST). « Mais ces objets, que nous appelons AGN à aspect changeant, évoluent sur des échelles de temps très courtes. Leurs champs magnétiques peuvent être essentiels pour comprendre cette évolution rapide. »

Scepi, aux côtés des boursiers JILA Mitchell Begelman et Jason Dexter, a d’abord émis l’hypothèse qu’une telle bascule magnétique pourrait être possible en 2021.

La nouvelle étude soutient l’idée. Dans ce document, une équipe dirigée par Sibasish Laha du Goddard Space Flight Center de la NASA a recueilli les données les plus complètes à ce jour sur cet objet lointain. Le groupe s’est appuyé sur les observations de sept réseaux de télescopes au sol et dans l’espace, retraçant le flux de rayonnement de 1ES 1927 + 654 alors que l’AGN flamboyait puis diminuait.

Les observations suggèrent que les champs magnétiques des trous noirs supermassifs pourraient être beaucoup plus dynamiques que les scientifiques ne le croyaient autrefois. Et, a noté Begelman, cet AGN n’est probablement pas seul.

« Si nous avons vu cela dans un cas, nous le reverrons certainement », a déclaré Begelman, professeur au Département des sciences astrophysiques et planétaires (APS). « Maintenant, nous savons ce qu’il faut chercher. »

Un trou noir inhabituel

Begelman a expliqué que les AGN sont issus de certaines des physiques les plus extrêmes de l’univers connu.

Ces monstres apparaissent lorsque des trous noirs supermassifs commencent à aspirer d’énormes quantités de gaz des galaxies qui les entourent. Comme l’eau entourant un drain, ce matériau tournera de plus en plus vite à mesure qu’il se rapproche du trou noir, formant un « disque d’accrétion » brillant qui génère un rayonnement intense et varié que les scientifiques peuvent voir à des milliards d’années-lumière.

Ces disques d’accrétion donnent également lieu à une caractéristique curieuse : ils génèrent de puissants champs magnétiques qui s’enroulent autour du trou noir central et, comme le champ magnétique terrestre, pointent dans une direction distincte, comme le nord ou le sud.

« Il y a de plus en plus de preuves du télescope Event Horizon et d’autres observations que les champs magnétiques pourraient jouer un rôle clé en influençant la façon dont le gaz tombe sur les trous noirs », a déclaré Dexter, professeur adjoint à l’APS.

Ce qui pourrait également influencer la luminosité d’un AGN, comme celui au cœur de 1ES 1927 + 654, regarde à travers les télescopes.

En mai 2018, la poussée d’énergie de cet objet avait atteint un pic, éjectant plus de lumière visible mais aussi beaucoup plus de rayonnement ultraviolet que d’habitude. À peu près au même moment, les émissions de rayons X de l’AGN ont commencé à diminuer.

« Normalement, si l’ultraviolet augmente, vos rayons X augmenteront également », a déclaré Scepi. « Mais ici, l’ultraviolet a augmenté, tandis que les rayons X ont beaucoup diminué. C’est très inhabituel. »

Tourner la tête

Des chercheurs du JILA ont proposé une réponse possible à ce comportement inhabituel dans un article publié l’année dernière.

Begelman a expliqué que ces caractéristiques attirent constamment du gaz de l’extérieur de l’espace, et une partie de ce gaz transporte également des champs magnétiques. Si l’AGN attire des champs magnétiques qui pointent dans une direction opposée à la sienne – ils pointent vers le sud, disons plutôt vers le nord – alors son propre champ s’affaiblira. C’est un peu comme la façon dont une équipe de tir à la corde tirant sur une corde dans une direction peut annuler les efforts de leurs adversaires tirant dans l’autre sens.

Avec cet AGN, l’équipe JILA a émis l’hypothèse que le champ magnétique du trou noir est devenu si faible qu’il s’est renversé.

« En gros, vous supprimez entièrement le champ magnétique », a déclaré Begelman.

Dans la nouvelle étude, des chercheurs dirigés par la NASA ont entrepris de collecter autant d’observations que possible de 1ES 1927 + 654.

La déconnexion entre les rayons ultraviolets et les rayons X s’est avérée être la preuve irréfutable. Les astrophysiciens soupçonnent qu’un affaiblissement du champ magnétique provoquerait un tel changement dans la physique d’un AGN – déplaçant le disque d’accrétion du trou noir afin qu’il éjecte plus de lumière ultraviolette et visible et, paradoxalement, moins de rayonnement X. Aucune autre théorie ne pouvait expliquer ce que les chercheurs voyaient.

L’AGN lui-même s’est calmé et est revenu à la normale à l’été 2021. Mais Scepi et Begelman considèrent l’événement comme une expérience naturelle – un moyen de sonder à proximité du trou noir pour en savoir plus sur la façon dont ces objets alimentent des faisceaux lumineux de rayonnement. Ces informations, à leur tour, peuvent aider les scientifiques à savoir exactement quels types de signaux ils doivent rechercher pour trouver des AGN plus étranges dans le ciel nocturne.

« Peut-être qu’il y a des événements similaires qui ont déjà été observés – nous ne les connaissons tout simplement pas encore », a déclaré Scepi.