Ce trou noir monstrueux consomme chaque jour l’équivalent d’un Soleil de matière

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Illustration d'un artiste d'un trou noir avalant une étoile. Crédits : Mark Garlick

À l’aide du Très Grand Télescope (VLT) de l’Observatoire Européen Austral (ESO), des astronomes ont étudié un quasar remarquable désormais considéré comme l’objet le plus lumineux jamais observé. Ce trou noir environ 500 000 milliards de fois plus lumineux que notre étoile augmente sa masse d’un équivalent solaire par jour, ce qui en fait également le trou noir à la croissance la plus rapide jamais observé.

Les objets les plus lumineux de l’Univers

Un quasar, abréviation de « quasi-stellar radio source » (source radio quasi-stellaire), est une entité astronomique extrêmement lumineuse et éloignée. Ces objets sont associés aux noyaux galactiques actifs (AGN), les régions centrales de certaines galaxies qui contiennent des trous noirs supermassifs. Les quasars émettent une quantité extraordinaire d’énergie, s’imposant ainsi comme les objets les plus lumineux de l’Univers observable.

Les astronomes pensaient que ces objets (découverts pour la première fois dans les années 1960 et apparaissant comme des sources ponctuelles de lumière très brillante lorsqu’observés dans le domaine des ondes radio) étaient des étoiles situées au sein de notre propre galaxie, d’où leur nom. Cependant, des observations plus approfondies ont révélé qu’ils étaient situés à des distances cosmiques considérables, bien au-delà des étoiles de notre Voie lactée.

L’émission intense des quasars provient du processus d’accrétion de matière par un trou noir supermassif. En effet, ces trous noirs attirent la matière environnante (gaz, poussière et étoiles) dans un disque d’accrétion avant de l’engloutir. Au cours de ce processus, d’énormes quantités d’énergie sont libérées sous forme de radiations électromagnétiques, allant des ondes radio aux rayons X.

Les quasars jouent un rôle essentiel dans la compréhension de l’évolution des galaxies et de l’Univers lui-même. Leur étude permet en effet aux astronomes de remonter dans le temps cosmique et de mieux comprendre les conditions qui prévalaient dans l’Univers primordial.

Un trou noir incroyablement vorace

Une équipe est récemment tombée sur le quasar de tous les records, ou presque. Nommé J0529-4351, cet objet est si éloigné de la Terre que sa lumière a voyagé pendant plus de douze milliards d’années pour nous parvenir.

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Cette image montre la région du ciel dans laquelle se trouve le quasar record J0529-4351. Crédits : ESO/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey

Le trou noir de ce quasar est très vorace. D’après les chercheurs, l’objet consommerait en effet un peu plus d’un Soleil par jour d’équivalent en matière et atteint ainsi une masse impressionnante de 17 milliards de soleils. La matière attirée forme alors un disque d’accrétion dont l’énergie est telle que ce quasar est plus de 500 000 milliards de fois plus lumineux que notre étoile.

Ce disque, qui mesure sept années-lumière de diamètre, est également considéré comme le plus grand disque d’accrétion de l’Univers.

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Vue d’artiste montre le quasar record J059-4351. Crédits : ESO/M. Messager de Korn

Si cet objet record est resté inconnu pendant tout ce temps, c’est principalement parce que la recherche de quasars implique souvent l’utilisation de modèles d’apprentissage automatique sur d’énormes ensembles de données célestes. Cependant, ces modèles sont formés sur des données existantes, ce qui peut entraîner le rejet de candidats atypiques.

Dans le cas de J0529-4351, une analyse automatisée des données du satellite Gaia de l’Agence spatiale européenne avait initialement considéré l’objet comme une étoile en raison de sa luminosité exceptionnelle. La confirmation de son statut aura nécessité l’utilisation du spectrographe X-shooter du Very Large Telescope (VLT), situé dans le désert chilien d’Atacama.

Cette découverte exceptionnelle ouvre la voie à de futures observations avec la mise à niveau de l’interféromètre du VLT, ainsi qu’avec le futur Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, pour permettre de mieux comprendre ces objets éloignés.