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dimanche 5 mars 2023

Un nuage de gaz déformé par Sgr A* suivi depuis 20 ans


Un nuage de gaz et de poussière est actuellement en train de s'enrouler autour du trou noir supermassif Sgr A*. Il a été suivi durant les 20 dernières années et nous voyons clairement comment il est déformé au fil du temps par les effets de marée gravitationnelle. L'étude est parue dans The Astrophysical Journal. 

Ce nuage de gaz a été dénommé X7 en 2007, trois ans après avoir été découvert officiellement par une équipe franco-allemande. Sa masse est d'environ 50 masses terrestres. Il se trouve en orbite autour de Sgr A* avec une période orbitale qui est d'environ 170 ans. Mais vu comment il évolue, il pourrait bien ne jamais en faire un tour complet, et pourrait simplement être déchiqueté avant par Sgr A*. Ces paramètres orbitaux indiquent qu'il devrait passer au plus près du trou noir en 2036, s'il survit... 
Anna Ciurlo (université de Californie) et ses collaborateurs ont fait des images dans le proche infra-rouge de X7 avec le télescope Keck, presque tous les ans entre 2002 et 2021. Cela permet aux chercheurs d'étudier l' évolution de la morphologie du nuage. Aucun autre objet dans cette région n'avait montré une évolution aussi extrême en seulement quelques années. Au départ, X7 avait une forme de comète et les chercheurs pensaient qu'il avait cette forme particulière à cause des vents stellaires ou des jets de particules du trou noir. Mais au fur et à mesure des années, ils l'ont vu s'étirer, ce qu'ils expliquent par l'effet de marée intense qui règne dans cette région : au cours des observations, X7 est devenu plus allongé, avec un rapport longueur/largeur qui est maintenant de 9, de plus, il a maintenu une orientation très constante sur l'axe long, et il a inversé son différentiel de vitesse radiale de la pointe à la queue de −50 à +80 km/s. 
Ces changements significatifs de la forme et de la dynamique de X7 qui sont vus avec autant de détails sur une échelle de temps relativement courte, montrent directement les forces gravitationnelles du trou noir supermassif à l'œuvre. Par ailleurs, les mesures cinématiques de Ciurlo et ses collègues excluent une suggestion antérieure selon laquelle X7 était associé à l'étoile S0-73, ou même à toute autre source ponctuelle qui a pu chevauché X7 pendant la période de surveillance comme les étoiles S0-30 ou S0-63. Les astrophysiciens notent que le nuage X7 possède certaines propriétés identiques à celles d'autres objets poussiéreux en orbite autour de Sagittarius A*. Ces objets notés "G" ressemblent à du gaz mais se comportent comme des étoiles. Mais la forme et la vitesse de X7 ont changé plus radicalement que celles des objets G. En accélérant vers le trou noir, qui se trouve à 0,5 secondes d'arc, ce qui fait une distance de 4100 unités astronomiques, X7 se déplace rapidement, atteignant une vitesse d'environ 1130 km/s ! A son périastre prévu pour 2036, il sera à une distance de 3200 UA de Sgr A*.
Bien que l'origine de X7 fasse toujours l'objet de débats, la découverte de Ciurlo et ses collaborateurs suggère que X7 serait le produit d'une collision de deux étoiles. Selon les chercheurs, une possibilité robuste serait que le gaz et la poussière de X7 aient été éjectés au moment où deux étoiles ont fusionné. Dans ce processus, l'étoile résultant de la fusion serait cachée à l'intérieur d'une coquille de poussière et de gaz, ce qui correspondrait à la description des objets G. Et le gaz éjecté aurait quant à lui produit des objets du type de X7. L'environnement proche de Sgr A* est extrêmement riche en étoiles et des rencontres stellaires y sont très probables. 
Bien qu'ils ne sont pas en mesure de déterminer définitivement l'origine de X7, Ciurlo et ses collaborateurs notent que l'objet stellaire enveloppé de poussière qui est nommé G3 a une orbite remarquablement similaire à celle de X7, ce qui laisse penser selon eux que X7 pourrait être l'éjecta résultant de la fusion binaire qui a créé G3. Une évaluation plus approfondie de ce scénario nécessitera à la fois des déterminations orbitales améliorées et une modélisation dynamique détaillée. Alternativement, ils ne peuvent pas exclure la possibilité que X7 ait été dépouillé à partir  l'une des structures gazeuses interstellaires à plus grande échelle de la région,
Quelle que soit son origine, la traînée de gaz et de poussière X7 continuera de subir une évolution encore plus spectaculaire au cours des 10 ou 20 prochaines années alors qu'elle foncera vers son point le plus proche du trou noir. Elle deviendra encore plus étirée, fragmentée par des instabilités, et interagira avec le flux d'accrétion, déclenchant potentiellement une activité d'accrétion accrue autour de Sgr A*. La surveillance continue de X7 se poursuivra et nous permettra d'assister de près à ces changements extrêmes, se terminant par la dissipation ultime des vestiges de cette structure intrigante.

Source

The Swansong of the Galactic Center Source X7: An Extreme Example of Tidal Evolution near the Supermassive Black Hole
Anna Ciurlo et al.
The Astrophysical Journal, Volume 944, Number 2 (21 february 2023)

Illustration

Evolution de la morphologie de X7 imagé à 3,8 µm de longueur d'onde entre 2002 et 2021. Sgr A* se trouve dans le coin en haut à gauche de l'image (Ciurlo et al.)

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