Découverte d’un jet radio transitoire autour d’un trou noir de masse intermédiaire
Des éjections sporadiques de matière sont observées sous forme de jets radio aussi bien autour des trous noirs supermassifs tapis au cœur de galaxies actives qu’au sein de systèmes binaires galactiques abritant un trou noir de quelques masses solaires. Cette observation traduit-elle une propriété commune aux trous noirs, quelque soit leur masse ? En détectant pour la première fois un jet radio transitoire dans un trou noir de masse intermédiaire, une collaboration internationale menée par deux équipes françaises (IRAP à Toulouse et Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu à Saclay) vient de conforter cette hypothèse. Les observations de la source HLX-1 conduites au radiotélescope ATCA en Australie ont également permis de contraindre la masse du trou noir, entre 9000 et 90000 masses solaires, ce qui le classe définitivement dans la population des trous noirs de masse intermédiaire. Ce résultat, publié dans la revue Science express du 5 juillet 2012, permet de jeter un pont entre les deux extrêmes d’une même famille.
Regain d’activité X et éjection de plasma relativiste
Les premières phases de l’éjection de plasmas à des vitesses relativistes dans des systèmes abritant un trou noir sont repérées par un regain d’activité à haute énergie, rayonnement traçant au plus près l’activité du système abritant l’astre compact. Ce signal annonciateur a effectivement permis d’observer des épisodes d’éjection de matière à des vitesses relativistes, détectés sous forme de jet transitoire radio, dans certains systèmes binaires galactiques contenant un trou noir de quelques masses solaires. Ce scénario s’applique-t-il aux trous noirs de masse intermédiaires ? Les scientifiques se sont donc intéressés à la source HLX-1, meilleure candidate à ce jour pour abriter un trou noir de masse intermédiaire. HLX-1 est située dans la galaxie ESO 243-49, une galaxie distante de 300 millions d’années-lumière.
L’alerte déclenchée à deux reprises (en septembre 2010 et août 2011) par le satellite de la Nasa Swift d’un changement d’état en rayons X de HLX-1 a conduit les scientifiques à scruter son comportement dans le domaine radio grâce au réseau de télescopes ATCA en Australie. Clairement, une source radio transitoire apparaît dans les données durant cet épisode à la position de la source X. La similitude de comportement entre HLX-1 et les trous noirs stellaires est frappante. On assiste ainsi à l’éjection de matière à très grande vitesse autour d’un trou bien plus massif que ses cousins galactiques. Ces observations ont également permis de contraindre la masse du trou noir de HLX-1, la plaçant dans une fenêtre comprise entre 9000 et 90000 masses solaires.
Preuve de rapprochement familial
L’observation d’un jet radio transitoire dans la source HLX-1, comme ceux observés dans les galaxies actives abritant en leur cœur un trou noir supermassif (millions ou milliards de masse solaire) ou dans les binaires X galactiques comme les microquasars (quelques masses solaires) conforte le scénario de processus communs au sein de ces objets.
Les éjections de matière à des vitesses relativistes observées sous forme de jets radio semblent ainsi dresser un panorama cohérent de la physique autour des trous noirs. Ce scénario doit être cependant pondéré par l’actuel faible nombre de preuves observationnelles de trous noirs de masse intermédiaire, objets d'une recherche en plein développement.
Contacts (CEA) : David Cseh, Stéphane Corbel
Publication :
“Radio Detections During Two State Transitions of the Intermediate Mass Black Hole HLX-1”
Natalie Webb, David Cseh, Emil Lenc, Olivier Godet, Didier Barret, Stephane Corbel, Sean Farrell, Robert Fender, Neil Gehrels, Ian Heywood
publié dans le numéro du 5 juillet 2012 de la revue Sciences express
Voir également : Une source-X ultra-lumineuse identifiée (Janvier 2003)
Rédaction: Christian Gouiffès