C'est au cours des années 1930 que l'on a compris scientifiquement que l'Univers pouvait être particulièrement violent cosmiquement. On le savait bien sûr sur Terre avec les éruptions volcaniques, les séismes destructeurs, les tsunamis et les cyclones. Mais les explosions de supernovae sont incomparablement plus puissantes, comme l'avaient donc compris Baade et Zwicky.

Au cours de ces mêmes années, Oppenheimer et ses étudiants allaient aussi poser les bases de la théorie des étoiles à neutrons et des trous noirs. On comprendra des années 1970 aux années 1980 comment tous ces phénomènes peuvent en fait être reliés.

Les trous noirs stellaires et les étoiles à neutrons se forment à l'occasion de certaines explosions de supernovae. Mais comme l'ont montré dès les années 1980 Brandon Carter et Jean-Pierre Luminet, il existe des événements également particulièrement violents lorsqu'une étoile se rapproche trop près d'un trou noir supermassif, l'un de ces ogres galactiques contenant des millions, voire des milliards de masses solaires. Il s'agit de Tidal Disruption Event (TDE), c'est-à-dire la destruction d'une étoile par les forces de marée d'un de ces trous noirs. Au cours des dernières décennies, la noosphère en a détecté plusieurs, comme le montrent plusieurs articles que Futura a déjà consacrés à ces catastrophes cosmiques.

Une nouvelle classe d'événements nucléaires transitoires extrêmes a été découverte grâce à la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne et à l'installation Zwicky Transient Facility. Ces événements ont été suivis par des observatoires du monde entier. Cette vue d'artiste, réalisée par l'observatoire Keck, montre une étoile massive déchirée par un trou noir supermassif. Ce phénomène serait à l'origine des événements nucléaires transitoires extrêmes. Ces événements sont actuellement les plus explosifs connus dans l'Univers (après le Big Bang). © ESA, Gaia Mission

Une énergie 25 fois supérieure à celle des supernovae les plus énergétiques connues

Comme le montre un article, publié dans Science Advances, que l'on doit à une équipe d'astronomes essentiellement états-uniens, des données prises à l'observatoire W. M. Keck de Maunakea, sur l'île d'Hawaï, ont permis la découverte des explosions cosmiques les plus énergétiques jamais observées. Il s'agit de variantes des TDE baptisées des « extreme nuclear transients » (ENT en anglais) pour « transitoires nucléaires extrêmes » en français. Ils se produisent lorsque des étoiles massives - au moins trois fois plus lourdes que notre Soleil - se désintègrent après avoir erré trop près d'un trou noir supermassif.

« Nous observons des étoiles se désintégrer lors d'événements de perturbation par effet de marée depuis plus de dix ans, mais ces ENT sont des phénomènes différents, atteignant des luminosités près de dix fois supérieures à celles que nous observons habituellement », déclare l'astronome Jason Hinkle dans un communiqué de l'observatoire W. M. Keck, qui explique que non seulement ces phénomènes sont bien plus brillants que les TDE classiques, mais ils restent lumineux pendant des années, dépassant de loin l'énergie dégagée par les explosions de supernovae les plus brillantes connues.

Qu'on en juge : alors que les supernovae classiques émettent autant d'énergie que le Soleil au cours de ses 10 milliards d'années d'existence, les ENT peuvent libérer jusqu'à l'énergie de 100 Soleils, et l'ENT le plus énergétique étudié, nommé Gaia18cdj, a émis une énergie 25 fois supérieure à celle des supernovae les plus énergétiques connues, peut-on lire dans le communiqué de l'observatoire W. M. Keck .

Les ENT sont cependant particulièrement rares car ils se produisent au moins dix millions de fois moins fréquemment que les supernovae, ce qui rend leur détection difficile et dépend d'une surveillance continue du cosmos scrutant un large volume de galaxies dont beaucoup sont à des milliards d'années-lumière de notre Voie lactée. C'est pourquoi leur étude sera grandement facilitée par de futurs observatoires comme l'observatoire Vera C. Rubin et le télescope spatial Nancy Grace Roman de la Nasa.

Les premiers ENT découverts l'ont été en 2016 et 2018 et, paradoxalement, par la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne, puis par les instruments du Zwicky Transient Facility (ZTF). Ayant identifié quelques caractéristiques des ENT, les astronomes ont alors consulté les archives des données de l'Observatoire Keck (KOA) concernant ce dernier événement observé en 2020 pour vérifier qu'il s'agissait bien là encore d'un ENT, ce qui leur permet donc aujourd'hui de définir et d'avancer l'existence des ENT justement, ce qui a été confirmé par d'autres télescopes terrestres.

L'événement nucléaire transitoire extrême de la vidéo précédente, mais sous un nouvel angle. © ESA Gaia Mission

Une clé de la croissance des plus grands trous noirs de l'Univers

Avec les ENT, nous ne sommes pas seulement en présence initialement d'une explosion puissante, mais il faut tenir compte par la suite des émissions de rayonnement associées à la matière libérée par l'explosion et qui subit un long processus régulier d'accrétion par un trou noir supermassif, ce qui produit son échauffement. Les TDE présentent, eux, des variations de luminosité irrégulières et imprévisibles.

Toujours dans le communiqué du Keck, Benjamin Shappee, professeur à l'Institute for Astronomy at the University of Hawaii, ajoute  : « Les ENT constituent un nouvel outil précieux pour l'étude des trous noirs massifs dans les galaxies lointaines. Grâce à leur brillance, nous pouvons les observer à de vastes distances cosmiques ; et en astronomie, observer au loin revient à remonter dans le temps. L'observation de ces éruptions prolongées nous permet de mieux comprendre la croissance des trous noirs pendant une période clé appelée « midi cosmique », lorsque l'Univers avait la moitié de son âge actuel et que les galaxies se développaient, formant des étoiles et alimentant leurs trous noirs supermassifs dix fois plus intensément qu'aujourd'hui ».

« Ces ENT ne marquent pas seulement la fin dramatique d'une étoile massive. Ils éclairent les processus responsables de la croissance des plus grands trous noirs de l'Univers », conclut Hinkle.