Comment un petit voisin nourrit un petit monstre ✛
Un petit monstre se cache dans une galaxie naine, et c'est son voisin qui le nourrit. La galaxie satellite fusionne lentement avec une voisine massive, et le gaz des régions externes tombe vers le centre, où se trouve un trou noir. Il est modeste à l'échelle de l'Univers : seulement de huit cents à cinq mille masses solaires, mais son appétit est féroce. Le télescope à rayons X Chandra l'a observé pendant seize ans et n'a compté qu'environ trente et un photons, mais chacun d'eux raconte une histoire.
Les photons n'arrivent que dans le domaine des rayons X mous, comme si quelqu'un avait allumé une lampe à lumière chaude. La température de cette lampe est d'environ deux à trois millions de degrés, et sa luminosité est cent milliards de fois supérieure à celle du Soleil. C'est ainsi que brille le gaz surchauffé qui tourbillonne autour du trou noir dans un disque d'accrétion, avant de tomber derrière l'horizon. Le disque est mince, chaud à son bord interne, et sa température permet de peser le trou noir lui-même.
Les astronomes ont utilisé une analyse bayésienne des rapports de dureté pour tirer le maximum de trente et un photons. Cette méthode compare combien de photons arrivent dans différentes gammes d'énergie et ajuste un modèle physique qui explique le mieux l'ensemble. Il s'est avéré qu'un spectre de loi de puissance ordinaire ne convient pas, alors que le modèle de disque d'accrétion s'ajuste parfaitement. Cela signifie que nous n'avons affaire ni à un pulsar ni à un reste de supernova, mais bien à un disque autour d'un trou noir.
Le voisinage d'une galaxie massive n'est pas un hasard. Les simulations numériques prédisaient depuis longtemps que lors de fusions mineures, le gaz peut s'écouler vers le centre de la galaxie satellite et déclencher des épisodes d'accrétion. Nous avons maintenant un exemple réel : le petit monstre reçoit sa nourriture de son grand voisin. Cela explique comment les trous noirs dans les galaxies naines ont pu croître rapidement dans l'Univers primitif, accumulant de la masse pour les futurs géants supermassifs.
La méthode utilisée pour cette source faible sera également utile pour d'autres objets faibles. Les relevés profonds des futures missions à rayons X, comme Athena, découvriront des centaines de systèmes similaires, et nous pourrons alors rassembler des statistiques sur la croissance des trous noirs. En attendant, Chandra conserve une archive où même trente et un photons peuvent révéler un nouveau monstre.
L'exposition totale de Chandra de 6,6 millions de secondes équivaut à 76 jours d'observation continue. Pourtant, la source n'a produit qu'environ 31 photons utiles, soit environ un photon tous les 2,5 jours.
Les trous noirs de masse intermédiaire sont un sujet populaire en science-fiction ; par exemple, dans la série « Stargate Universe », l'équipage du vaisseau « Destiny » utilise un tel trou noir pour se recharger. Cet article décrit un candidat réel qui pourrait ressembler à ceux qui inspirent les scénaristes.