mardi 23 mai 2017

Découverte d'un probable second trou noir supermassif dans la galaxie Cygnus A

En pointant le radiotélescope VLA vers la galaxie Cygnus A pour la première fois depuis 20 ans, des astronomes ont eu la surprise de découvrir un nouvel objet brillant non loin du cœur de la galaxie. Il s'agit très probablement de l'émission transitoire venant d'un second trou noir supermassif en orbite autour du premier situé au centre de Cygnus A.



Cygnus A est une galaxie dont l'émission radio a été détectée pour la première fois dès 1939 et elle a été associée à une galaxie visible en 1951. Elle est située à 800 millions d'années-lumière. Peu de temps après sa mise en service au début des années 1980, le Very Large Array, réseau de radiotélescopes américain avait produit des images détaillées de Cygnus A et avait permis de faire de grandes avancées sur la compréhension des processus produisant des jets de particules relativistes au niveau d'un trou noir supermassif.
L'équipe de Daniel Perley (Astrophysics Research Institute, Université de Liverpool) avait voulu regarder à nouveau vers Cygnus suite à la mise à niveau de l'électronique associée au VLA, rendant théoriquement le radiotélescope plus performant. La dernière image radio enregistrée datait de 1996. 
Les radioastronomes eurent l'opportunité de "pointer" le VLA vers la célèbre galaxie en 2015 puis ont pu poursuivre leurs observations en 2016. C'est alors qu'ils ont eu la surprise de voir quelque chose de très brillant en ondes radio à proximité du cœur de la galaxie, un objet qui n'apparaissait sur aucune image antérieure.
Les chercheurs ont ensuite observé à nouveau Cygnus A en novembre 2016, mais cette fois-ci avec un autre grand instrument, le VLBA (Very Long Baseline Array) et confirment la nouvelle source radio. En cherchant dans les archives des télescopes  Hubble et Keck datant de 1994 et 2002, un faible objet apparaît en infra-rouge à l'emplacement de la source radio. A l'époque, les astronomes avaient attribué cette source IR à un groupe dense d'étoiles, mais la solution doit être tout autre au vu de la luminosité radio observée aujourd'hui.
Les chercheurs émettent deux hypothèses : la première est une explosion de supernova atypique, et la seconde, une éruption venant d'un trou noir supermassif qui est en orbite autour du trou noir supermassif central de Cygnus A.  D'après Daniel Perley et ses collègues dont son père Rick Perley, qui fit les premières images de Cygnus A avec le VLA en 1984, la solution supernova semble peu probable étant donné la longue durée et l'intensité de l'éclat observé. Les caractéristiques apparaissent en fait très similaires à celles rencontrées dans un trou noir massif en train d'accréter rapidement  de la matière autour de lui. La distance qui sépare ce nouvel objet du trou noir supermassif central de la galaxie vaut seulement 1500 années-lumière. Un second trou noir supermassif au sein de Cygnus A signifie que cette galaxie est le fruit de la fusion de deux galaxies dans un passé relativement récent. Si elle se confirme, cette paire de trous noirs supermassifs serait la plus proche de nous jamais découverte.
Le fait que ce second trou noir supermassif se soit mis à émettre de la lumière (ondes radio) seulement ces dernières années signifie qu'il aurait rencontré une nouvelle zone de gaz sur son chemin, issue de la fusion des galaxies, ou pourquoi pas une ou plusieurs étoiles qui seraient passées un peu trop près du trou et auraient été disloquées par ses effets gravitationnels.
De nouvelles observations vont bien évidemment être menées rapidement pour confirmer cette découverte, et pourraient conduire à découvrir d'autres couples supermassifs cachés...

Référence

Discovery of a Luminous Radio Transient 460 pc from the Central Supermassive Black Hole in Cygnus A
Rick Perley, Daniel Perley et al. 
à paraître dans The Astrophysical Journal
https://arxiv.org/abs/1705.07901

Illustration

La zone centrale de Cygnus A imagée en radio par le VLA en 1989 à gauche et en 2015 à droite. L'image de fond est une image de Hubble (Perley, et al., NRAO/AUI/NSF, NASA)