Le blazar OJ 287 est connu pour ses sursauts quasi périodiques d'environ 12 et 55 ans, expliqués par le modèle du trou noir binaire : un trou noir secondaire d'environ 1,5 × 10^8 masses solaires orbite autour d'un trou noir primaire de 1,8 × 10^10 masses solaires sur une orbite elliptique en précession. Les sursauts se produisent lorsque le trou noir secondaire traverse le disque d'accrétion du primaire. Le modèle prédit avec succès les sursauts depuis 1982, mais le sursaut d'octobre 2022 a été la première occasion de tester la prédiction d'un sursaut de marée associé à l'impact à l'apoastre. Un débat a fait rage sur l'interprétation de ce sursaut : certains le considéraient comme un impact, d'autres comme un sursaut de marée. Ces travaux tranchent le débat en s'appuyant sur les données d'une campagne multi-longueurs d'onde, montrant que le sursaut était bien de nature tidale, comme le prédisait le modèle. C'est important car les sursauts de marée permettent de déterminer indépendamment les paramètres orbitaux et la masse du trou noir primaire, et de tester la théorie de la précession.
La campagne d'observation a couvert une large gamme spectrale : photométrie et polarimétrie optiques sur des télescopes du monde entier (y compris les observatoires de Cracovie, Iéna, le Nordic Optical Telescope, ATLAS), et données ultraviolet et rayons X du satellite Swift. Les courbes de lumière dans la bande R ont été construites avec un pas d'un jour et comparées aux calculs de modèles de sursauts de marée de Pihajoki et al. (2013). Le modèle prend en compte l'éjection de particules du disque lors de l'impact, leur déplacement vers le jet à une vitesse d'environ 0,22 fois la vitesse de la lumière, puis le rayonnement synchrotron. Pour vérifier la nature du sursaut, on a analysé l'indice spectral, le degré de polarisation et les rapports de flux dans différentes bandes (V/X, V/U, V/W2). De plus, la masse du trou noir primaire a été estimée par la corrélation entre la masse du trou noir et la largeur de la raie Hβ, en tenant compte de l'inclinaison du disque par rapport à la ligne de visée.
Le sursaut d'octobre 2022 a montré tous les signes d'un sursaut de marée : un double pic (le deuxième pic en 2023 est arrivé un mois plus tôt que prévu, mais dans les limites des fluctuations statistiques), un degré de polarisation d'environ 25 % (supérieur aux 10 % typiques), un indice spectral plat d'environ -1,2 et une augmentation du rapport V/X par un facteur trois par rapport au niveau de fond. Le flux de pointe observé de 2,4 mJy est en bon accord avec la valeur modèle de 1,8 mJy après correction pour la densité du disque. La comparaison avec des sursauts similaires de 2005 et 2016 a confirmé qu'ils se produisent tous lors des passages successifs du trou noir secondaire à l'apoastre. La masse du trou noir primaire, déduite de la précession orbitale, est de (18,35 ± 0,05) × 10^9 masses solaires, et l'estimation indépendante par la corrélation avec la raie Hβ donne (1,9 ± 0,5) × 10^10 masses solaires, ce qui est cohérent dans les limites d'erreur. Cela lève les objections fondées sur l'hypothèse d'un sursaut d'impact.
Ces travaux renforcent le modèle du trou noir binaire dans OJ 287 comme l'outil le plus précis pour mesurer la masse des trous noirs supermassifs par méthode dynamique. Contrairement aux études voisines, souvent concentrées sur des sursauts isolés ou des estimations indirectes de masse, ici une comparaison détaillée entre le sursaut de marée prédit et les observations sur une large gamme de longueurs d'onde est réalisée pour la première fois, montrant que les sursauts de marée peuvent servir de confirmation indépendante de la solution orbitale. Cela démontre également que les sursauts de marée, bien que moins précis en termes de timing que les sursauts d'impact, restent utiles pour tester le modèle sur des données historiques où les sursauts d'impact n'ont pas été observés. De plus, ces travaux soulignent l'importance de prendre en compte l'inclinaison du disque lors de l'utilisation de corrélations empiriques pour estimer la masse des trous noirs dans les blazars.
Le sujet pourrait évoluer vers une modélisation plus précise des sursauts de marée, en tenant compte d'une distribution réaliste de la densité dans le disque et d'une vitesse d'écoulement variable vers le jet. Les futures observations des prochains passages à l'apoastre (dans environ 60 ans) permettront de vérifier la reproductibilité des prédictions. La recherche de données d'archives sur les sursauts de 1896-1913 et 1945-1964 pourrait fournir des points supplémentaires pour affiner l'orbite et la masse. Le développement de méthodes d'analyse de la polarisation et de l'indice spectral aidera à mieux distinguer les sursauts de marée des autres types de variabilité dans les blazars.
Les résultats influenceront les recherches sur les trous noirs supermassifs binaires, les méthodes de mesure de leur masse et la compréhension de la physique des disques d'accrétion et des jets dans les noyaux actifs de galaxies.
Les prochaines étapes comprennent la recherche et l'analyse de plaques photographiques d'archives pour identifier les sursauts de marée dans les cycles passés, ainsi que la préparation des observations des futurs passages du trou noir secondaire à travers le disque.
Ces travaux sont directement liés au problème non résolu de la mesure précise des masses des trous noirs supermassifs dans les noyaux actifs de galaxies, où les méthodes spectroscopiques donnent souvent de grandes incertitudes en raison de raies d'émission faibles et d'une inclinaison inconnue du disque. Ils abordent également la question de la distinction entre la contribution du jet et le rayonnement thermique du disque dans les blazars, ainsi que le problème de la prédiction du moment des sursauts dans les systèmes à orbites en précession.
OJ 287 était déjà observé en 1888, et sa courbe de lumière, longue de 137 ans, contient des sursauts prédits par le modèle des décennies à l'avance. Les sept sursauts les plus brillants de l'histoire comprennent quatre sursauts d'impact et trois sursauts de marée, certains sursauts historiques n'étant visibles que comme sursauts de marée en raison de lacunes dans les observations.
L'idée d'un trou noir supermassif binaire qui s'illumine périodiquement en traversant le disque d'accrétion évoque l'image du « trou noir phare » de la science-fiction, comme dans le roman de Greg Egan « La Machine à explorer l'espace », où des corps en orbite autour de trous noirs créent des rayonnements prévisibles.