Les trous noirs incarnent un paradoxe fascinant : bien qu’intrinsèquement invisibles, ils figurent parmi les objets les plus brillants de l’univers observable. Lorsqu’une étoile s’approche trop dangereusement d’un trou noir, elle subit des forces de marée spectaculaires qui la déchirent. Cette proximité génère une déformation progressive : l’astre s’étire et se déforme, tandis qu’environ la moitié de son contenu gazeux s’échappe vers l’extérieur. La matière restante s’organise en disque d’accrétion elliptique autour du trou noir, structure intrinsèquement instable où les collisions de matière produisent un spectacle lumineux extraordinaire.
Ces événements cataclysmiques demeurent relativement rares dans l’univers. Les estimations astronomiques suggèrent que le trou noir supermassif situé au cœur de la Voie lactée engloutit une étoile approximativement tous les millions d’années. Cependant, chaque occurrence libère une prodigieuse quantité d’énergie visible à travers des milliards d’années-lumière. Ces phénomènes permettent aux astronomes d’observer l’univers distant et d’accumuler des données précieuses sur les régions galactiques inaccessibles autrement.
Pendant des décennies, la compréhension scientifique de ces dislocations stellaires semblait complète. Les astronomes présumaient que l’événement visible marquait simplement la fin définitive de l’étoile. Or, les observations réalisées au cours des cinq dernières années révèlent un phénomène totalement inattendu : certains trous noirs souffrent apparemment d’indigestion cosmique et émettent de la matière des années après avoir consommé l’étoile. Approximativement la moitié des trous noirs observés dévorant des étoiles émettent subitement dans le spectre radio, plusieurs années après le festin initial, produisant une sorte de reflux galactique. Cette matière ne provient pas de l’intérieur de l’horizon des événements, le point de non-retour absolu. Elle réside plutôt dans le disque d’accrétion externe, rendant le mécanisme responsable de ces éruptions tardives profondément énigmatique.
La majorité des galaxies de taille comparable ou supérieure à la Voie lactée hébergent un trou noir supermassif en leur centre. Ces monstres gravitationnels surpassent notre Soleil par des millions ou des milliards de fois en masse, avec des horizons des événements pouvant atteindre le rayon séparant le Soleil de Pluton. Malgré cette démesure, les trous noirs n’aspirent pas la matière indiscriminément comme un aspirateur cosmique. Si notre Soleil était instantanément remplacé par un trou noir équivalent, la Terre continuerait son orbite sans perturbation. Le caractère unique des trous noirs réside dans leur densité extrême, non leur masse absolue.
Pour les trous noirs supermassifs, la densité moyenne masque une réalité surprenante : elle s’avère inférieure à celle de l’eau. La compacité véritablement pertinente combine la masse et le rayon, non le volume. Sagittarius A*, le trou noir central de notre galaxie situé à 27 000 années-lumière, possède une masse équivalente à quatre millions de soleils. Depuis des décennies, les radioastronomes suivent minutieusement plusieurs dizaines d’étoiles en orbites stables autour de ce géant gravitationnel. Cependant, les chercheurs estiment qu’un millier d’objets orbitent autour de Sgr A* sans être détectés, principalement des débris stellaires peu lumineux comme les étoiles à neutrons ou les naines blanches.
Le processus de destruction stellaire commence bien avant l’horizon des événements. Lorsqu’une étoile condamnée approche de Sgr A*, elle commence à subir des forces de marée croissantes. La gravité s’intensifie avec la proximité, créant des disparités dramatiques entre les parties stellaires rapprochées et éloignées du trou noir. À une distance critique appelée « limite de Roche », les différences gravitationnelles dépassent la cohésion interne de l’étoile. L’astre s’allonge progressivement : de sphérique à ovale, puis en un filament mince ressemblant à des pâtes italiennes, dans un processus dénommé « spaghettification ». La fusion thermonucléaire interne s’interrompt et l’étoile s’éteint en quelques heures, alors qu’elle aurait pu brûler des milliards d’années.
Pendant cette destruction, environ la moitié de la matière stellaire s’échappe irrévocablement tandis que le reste constitue un nouveau disque d’accrétion turbulent. La transformation rapide en disque génère une éruption lumineuse spectaculaire principalement dans la gamme visible du spectre électromagnétique. Les astronomes ont catalogué environ cent exemples de ces cataclysmes depuis les années 1990. Bien que ces dislocations rappellent les supernovæ, des différences essentielles les distinguent : les dislocations surviennent au cœur galactique où résident les trous noirs supermassifs, tandis que les supernovæ se produisent partout. De plus, leurs signatures spectrales diffèrent, notamment par la présence abondante d’hydrogène dans les dislocations, indiquant que l’étoile n’a pas terminé naturellement son cycle.
Annuellement, les astronomes découvrent environ une douzaine de nouveaux cas. Ces éruptions se produisent autour de trous noirs habituellement inactifs, les distinguant facilement des noyaux actifs de galaxies engagés dans des festins continus durant plusieurs années. Ces derniers émettent constamment d’énormes quantités de radiation de manière chaotique et désordonnée. Comparativement, les dislocations stellaires constituent des événements ponctuels uniques offrant des occasions précieuses d’étudier l’injection soudaine de matière dense dans les trous noirs. Lorsqu’une nouvelle dislocation est détectée, les radioastronomes braquent leurs instruments vers la source pour détecter les émissions radios provenant du matériau s’échappant du disque d’accrétion nouvellement formé.
Ces émissions radio, l’observant les électrons spiralant dans les champs magnétiques des flux sortants, révèlent des informations cruciales : la vitesse d’échappement, l’énergie explosive, l’intensité magnétique et la densité des nuages traversés. Le flux s’étend sur plusieurs années-lumière avant de s’atténuer, offrant un accès privilégié aux environnements inaccessibles autrement. Plus de 99 pour cent de la matière éjectée lors d’une dislocation se déplace à des vitesses non relativistes, soit environ 10 pour cent de la vitesse lumière. Le reste se concentre en jets atteignant des vitesses proches de celle de la lumière, nécessitant une analyse relativiste. Swift J1644+57, découvert en 2011 et situé à 3,8 milliards d’années-lumière, représentait la première observation d’un jet relativiste lors d’une dislocation.
Avant cette découverte, personne n’envisageait que ces festins trou-noiriens produisent des jets relativistes, et encore moins qu’ils s’activent et désactivent sur des échelles temporelles aussi courtes. Le mécanisme de création reste incompris. Les astronomes avaient esquissé un scénario simple : activité intense pendant quelques mois, puis silence prolongé. Cependant, c’est en observant un trou noir prétendument dormant que j’ai réalisé une découverte extraordinaire remettant en question cette compréhension.
À treize ans, lisant un ouvrage sur l’espace, j’ai décidé de devenir astronome. Le roman Contact de Carl Sagan a cristallisé ma vocation : imiter Ellie Arroway, l’héroïne utilisant le Very Large Array au Nouveau-Mexique pour détecter des signaux extraterrestres. La radioastronomie possède quelque chose de magique : relier des antennes géantes pour capturer des signaux extrêmement faibles racontant des histoires inaccessibles autrement. Ma carrière de radioastronome s’est avérée aventureuse, culminant avec ma découverte d’AT2018hyz, mon premier événement personnel de dislocation stellaire.
Tout a commencé lors d’une belle journée automnale en 2021 à Cambridge, Massachusetts. Chercheuse postdoctorante au Centre d’astrophysique de Harvard et Smithsonian, j’analysais des données du VLA demeurées inexplorées. Plusieurs mois auparavant, une équipe avait détecté en radio un signal d’ASASSN-15oi, un trou noir ayant avalé une étoile cent jours plus tôt, brillant alors en lumière visible. La plupart supposaient que l’éruption radio résultait d’une circonstance inhabituelle. Cependant, j’ai décidé de vérifier si d’autres trous noirs présentaient des flambées répétées.
Le VLA, constitué de 27 antennes combinées, crée des images radio où les sources apparaissent comme des groupes de pixels brillants. En ce jour fatidique, j’ai examiné AT2018hyz deux années après sa dislocation observée en 2018. Perplexe, j’ai vérifié les coordonnées manuellement. Là où j’attendais le silence, une source radio brillait à 665 millions d’années-lumière. J’ai contacté mes collègues, immédiatement enthousiastes. Une image antérieure de neuf mois révélait uniquement du bruit, confirmant que l’émission avait augmenté rapidement en mois, révélant un phénomène inexpliqué prolongeant les festins trou-noiriens.
Ce soir-là, discutant avec mon mari, j’ai remarqué que AT2018hyz restait difficile à prononcer. « Tu as une idée de nom ? » a-t-il répliqué gravement : « Jetty McJetface ». Bien qu’informel, nous avons adopté ce surnom, transformant AT2018hyz en « Jetty ». La découverte la plus remarquable résidait dans son non-isolement. En analysant d’autres données, j’ai identifié plusieurs événements similaires : sources s’allumant, s’éteignant, puis se réallumant en radio. Les trous noirs semblaient souffrir d’indigestion cosmique des années après.
Cette constatation surprend profondément. Après une explosion, nul n’anticipe de nouveaux débris éjectés avec délai. Un intervalle d’années paraît extraordinairement inhabituel. De plus, l’absence de signature en lumière visible écartait l’hypothèse d’un nouveau repas. Pour comprendre ce phénomène, mon équipe et moi avons étudié plus de vingt trous noirs détectés lors d’émissions optiques. Possédant les dates précises des dislocations, nous les avons suivis radioastronomiaquement durant plusieurs années. Dix se sont effectivement réallumés. Ce phénomène n’est pas rare et pose de nouveaux défis scientifiques.
Plusieurs conclusions émergent. D’abord, l’hypothèse selon laquelle les perturbations libèrent principalement énergie et lumière durant les premiers mois s’avère incorrecte. Bien que la lumière optique accompagne les dislocations initiales, nos données indiquent que l’émission radio s’intensifie après mille jours. Certains trous noirs affichent des flots radio en deux phases : relativement précoces et plusieurs centaines de jours après. Aucune corrélation significative n’existe entre le moment de l’émission radio et celui en autres longueurs d’onde. L’émission radio s’accompagne d’aucune flambée visible ni d’émission rayons X majeure.
Les données radio collectées jusqu’à présent suggèrent que ces éruptions retardées ressemblent à des flux non relativistes standards issus de dislocations, mais survenant beaucoup plus tard. Remarquablement, la densité gazeuse mesurée près de ces trous noirs s’avère similaire à celle de la Voie lactée. L’environnement n’offre rien de particulièrement exceptionnelle. Alors pourquoi ces reflux tardifs surviennent-ils ? Apparemment, les trous noirs ingèrent masse, marquent pause, puis recrachent matière. Incapable de s’échapper de l’horizon des événements, quelque chose s’opère dans le disque d’accrétion.
Plusieurs pistes méritent investigation. Le gaz disloqué pourrait former le disque beaucoup plus tard que supposé, ou les trous noirs créent des fluctuations de densité anormales. Des nuages poussiéreux interagissant pourraient causer les éruptions, ou un cocon matériel autour du trou noir retarderait l’émission radio. Aucune théorie ne s’impose encore comme définitive. Jetty se distingue parmi tous les cas observés. Bien que les éruptions présentent similitudes, Jetty les dépasse littéralement toutes en luminosité.
Depuis sa découverte, sa luminosité a constamment augmenté, atteignant aujourd’hui quarante fois son intensité initiale. Deux possibilités expliquent ce phénomène. Premièrement, Jetty aurait connu un reflux deux années après avoir avalé l’étoile, libérant matière voyageant environ un tiers de la vitesse lumière. Ce serait le premier flux « légèrement relativiste » observé, à mi-chemin entre régimes relativistes et non-relativistes. Deuxièmement, un scénario potentiellement plus extraordinaire : lors de la dislocation octobre 2018, un jet relativiste fut propulsé à près de 90 degrés de notre ligne de mire. Ce jet compterait parmi les plus énergétiques enregistrés, d’abord invisible pour nous.
Avec le temps, l’élargissement du jet l’aurait orienté vers nous. Nous observons peut-être aujourd’hui ce phénomène plusieurs années après. Son évolution énergétique et lumineuse future reste impossible à prédire, nécessitant surveillance continue. Pour trancher entre ces possibilités, nous utilisons l’interférométrie très longue base (VLBI), reliant radiotélescopes d’Amérique du Nord et Europe. Cette création d’un radiotélescope virtuel géant spanning Allemagne-Hawaii offre résolution suffisante. Les premières observations ont débuté, mais l’analyse de données à ces distances cosmiques reste délicate.
Nous espérons élargir notre collection de dislocations pour surveiller les reflux trou-noiriens. L’observatoire Vera C. Rubin, mis en service cette année, scrutera nuitamment l’univers entier. Opérationnel, il découvrira millions d’objets nouveaux et environ mille trous noirs voraces annuellement. Le télescope spatial Nancy-Grace-Roman, lancé en 2027, produira des images similaires à Hubble mais avec cent fois le champ vision. Les chercheurs anticipent découvertes de centaines d’étoiles disloquées annuellement. Cette avalanche de données promet excitation pour scientifiques habituellement travaillant au compte-gouttes.
Le hasard nous offrit un aperçu inattendu de festins galactiques, phénomènes fréquents cosmiquement. Avec fortune, nous nous inviterons à la table trou-noirienne, décryptant enfin les secrets de sa digestion difficile.
