Pourquoi cette galaxie s’illumine-t-elle tous les 114 jours ?

Tous les 114 jours environ, une galaxie « s’illumine comme un feu d’artifice », décrit la Nasa. L’origine de ces étranges éruptions serait peut-être expliquée, a annoncé l’agence spatiale le 12 janvier 2021. Une possibilité est qu’un trou noir supermassif situé au centre de la galaxie pourrait provoquer ces rafales lumineuses, en avalant partiellement une étoile géante en orbite.

La découverte, présentée lors d’une conférence en ligne de l’Union américaine d’astronomie, fait l’objet d’une étude accessible dans sa version prépubliée sur arXiv. Ses auteurs étudient un événement, nommé ASASSN-14ko, détecté pour la première fois à la fin de l’année 2014. L’événement s’est produit dans la galaxie active ESO 253-3, située à plus de 570 millions d’années-lumière de nous. Dans leurs travaux, les scientifiques se penchent sur 20 éruptions répétées de cet événement, qui avait d’abord été considéré comme une supernova (la destruction d’une étoile).

Néanmoins, les données « montrent que les éruptions se produisent à intervalles réguliers », ont constaté les chercheurs : l’hypothèse de la supernova ne tient pas.

Vue d'artiste de l'étoile approchant du trou noir.

Source : Capture d'écran YouTube Nasa Goddard

À l’aide des télescopes spatiaux Swift (Neil Gehrels Swift Observatory) et TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), les chercheurs ont pu obtenir des images détaillées des éruptions, dans différentes longueurs d’onde de la lumière. Il est rare de pouvoir assister à de telles éruptions, dans plusieurs longueurs d’onde, aussi fréquentes et prévisibles dans une galaxie.

Des éclats lumineux périodiques

Certaines galaxies sont considérées comme particulièrement actives, et sont classées en tant que noyaux actifs de galaxies. L’une de leurs caractéristiques est la luminosité intense émise par ces structures, une brillance dont l’origine n’est pas stellaire, mais serait plutôt expliquée par la présence d’un trou noir central agglomérant énormément de matière (rassemblée dans ce qu’on appelle un disque d’accrétion). Ceci peut provoquer des éclats lumineux aléatoires.

Trouver de telles galaxies, mais où des éruptions se produisent à intervalles réguliers, est très intéressant pour les scientifiques. ASASSN-14ko est l’un des meilleurs exemples identifiés à cet égard : en 6 ans de données récoltées, l’événement s’est révélé très cohérent dans la périodicité des éruptions. Chaque éclat est séparé d’environ 114 jours, et dure lui-même environ 5 jours avant que sa luminosité ne diminue de façon progressive.

Pour aller plus loin

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3 hypothèses, dont une plus convaincante

Au total, 3 scénarios sont évoqués pour expliquer la situation :

• Il y aurait des interactions entre deux disques d’accrétion, liés à deux trous noirs supermassifs situés au centre de la galaxie. Néanmoins, ce scénario est à nuancer, car les deux disques ne seraient peut-être pas assez proches l’un de l’autre,
• Une étoile passerait à travers le disque d’un trou noir lors de son orbite. Cependant, les éruptions devraient être asymétriques, puisque l’étoile traverserait deux fois le disque, de chaque côté du trou noir. Or, ici, toutes les éruptions sont semblables,
• Le scénario le plus probable serait donc qu’une étoile passe un peu trop près du trou noir et que les forces gravitationnelles exercées sur elle soient telles qu’un flux de gaz s’échappe de l’astre (une partie de l’étoile n’est donc pas aspirée). À chaque passage, l’étoile perdrait l’équivalent de trois fois la masse de Jupiter en gaz.

Si le dernier scénario est le bon, on pourrait s’attendre à ce que les éruptions finissent par cesser. Mais difficile de prévoir quand, puisqu’on ignore la masse initiale que pourrait avoir cette étoile. De futures éruptions ont en tout cas été anticipées par les scientifiques, fin 2020, au moment de la publication de leur article : ils précisaient alors avoir prévu de les observer, espérant ainsi mieux cerner la nature de ces événements.