À environ 12 000 années-lumière de la Terre, l’objet IRAS 18293−0941 confirme une théorie formulée il y a trente ans. Il s’agit d’un trou noir qui dévore une étoile et envoie des jets de matière à la vitesse de la lumière en direction de la Terre.
Depuis trente ans, les astronomes recherchaient quelque chose qui, selon la théorie, devrait exister dans notre Galaxie, mais cela restait introuvable. Aujourd’hui, ils l’ont repéré caché derrière un rideau de poussière interstellaire à environ 12 000 années-lumière de la Terre. C’est un groupe international dirigé par des chercheurs d’Espagne, des Pays-Bas et d’Argentine qui l’a déniché.
Il s’appelle IRAS 18293−0941 et constitue un système binaire formé d’une étoile chaude et massive et d’un trou noir qui l’orbite autour toutes les 11,38 jours. Le trou noir attire une partie du matériel arraché à l’étoile et projette le reste dans l’espace le long de deux jets opposés, qui voyagent à trois quarts de la vitesse de la lumière. La particularité du système réside dans le fait que les jets pointent presque droit vers nous.
Un monstre cosmique en miniature
Les jets dirigés vers la Terre ne sont pas une surprise pour les astronomes. Au cœur de galaxies ultralointaines, des trous noirs supermassifs, des milliards de fois plus lourds que le Soleil, émettent des faisceaux qui nous pointent. Ces objets, extrêmement lumineux et violents, sont appelés « blazars ». Depuis les années 1990, les théoriciens soutiennent que le même mécanisme devrait fonctionner aussi à l’échelle réduite dans la Voie lactée et ont baptisé ces systèmes hypothétiques « microblazars ».
Personne, toutefois, n’en avait jamais trouvé un qui tienne à l’épreuve d’un examen approfondi. IRAS 18293−0941 est le premier. « Tout ce qui concerne IRAS 18293−0941 était caché », raconte Josep Martí, de l’Université de Jaén et auteur principal de l’étude. « Il se trouve derrière une telle quantité de poussière qu’il est pratiquement invisible dans les images optiques normales. Il a été catalogué des décennies durant et puis plus ou moins oublié ».
Un jet qui nous regarde droit dans les yeux
Des années de suivi, avec la contribution des observatoires espagnols de Montsec, Calar Alto et de l’Université de Jaén, ont montré que la lumière de l’étoile oscille légèrement. Ce léger tremblement a révélé deux choses: la période orbitale de 11,38 jours et le fait que le système nous apparaisse presque de face. Les images radio ont ensuite révélé un jet unique, unilatéral, explicable uniquement s’il est pointé presque exactement vers la Terre. Le jet opposé reste invisible: il est prédit par la théorie de la relativité d’Einstein.
Grâce au réseau européen VLBI (EVN), un ensemble de radiotélescopes répartis sur le continent qui se comporte comme une seule grande parabole mesurant des milliers de kilomètres, les chercheurs ont obtenu des images à très haute résolution, confirmant l’orientation du jet et son émanation du système stellaire.
Parmi les antennes impliquées, on retrouve aussi celles italiennes de Medicina et Noto, ainsi que Hartebeesthoek (Afrique du Sud), Irene (Lettonie), Jodrell Bank et eMERLIN (Royaume‑Uni), Onsala (Suède), Tianma (Chine), Toruń (Pologne), Westerbork (Pays‑Bas) et Yebes (Espagne). Une méthode radio et une méthode optique, totalement indépendantes, ont donné la même réponse.
« C’était le moment où le résultat est devenu définitif », explique Benito Marcote, de l’Institut Conjoint JIVE (JIVE), aux Pays‑Bas. Un jet radio isolé pourrait en effet appartenir à une galaxie lointaine qui se trouve sur la même ligne de visée. « La précision de la position EVN, associée à celle de l’étoile connue grâce au satellite Gaia, a confirmé que le jet appartient au système stellaire ».
Le jet invisible et la bulle frappée
L’autre jet, celui qui s’éloigne de nous, n’est pas visible. Mais il n’a pas disparu sans laisser de traces, et l’équipe a identifié son empreinte. Les images profondes du radiotélescope sud-africain MeerKAT montrent une immense bulle, d’une largeur d’environ 100 années-lumière, voyagée par le jet. À son extrémité se trouve un nœud compact et brillant d’émission radio. À l’impact entre le jet et le milieu interstellaire, les particules sont accélérées, la poussière se réchauffe et l’hydrogène gazeux émet de la lumière.
Juste à cet endroit, des observatoires comme LHAASO (Chine), HAWC (Mexique), HESS (Namibie) et le satellite Fermi ont détecté une sourcen de rayons gamma d’énergie très élevée : des photons portant plus de 100 téraélectronvolts, soit plus de dix fois l’énergie qu’un seul proton peut recevoir au Grand collisionneur de hadrons (LHC). D’où ces objets galactiques tirent-ils autant d’énergie reste l’une des grandes questions ouvertes de l’astrophysique moderne.
Un accélérateur de particules dans l’Espace
L’équipe a montré comment les pièces du puzzle peuvent s’emboîter. Le jet transporte une puissance énorme, équivalente à un demi-million de fois l’énergie émise par le Soleil. Là où il frappe la nébuleuse moléculaire, il accélère les protons à des énergies extrêmement élevées et les fait entrer en collision avec le gaz dense.
Des collisions naissent des particules qui se désintègrent immédiatement en émettant des rayons gamma. « Le moteur de l’accélérateur et la cible sont deux objets distincts, séparés par des années-lumière entre eux », observe Pedro Luque-Escamilla, de l’Université de Jaén et coauteur de la recherche. « Le jet s’accélère. La nébuleuse émet de la lumière ».
Pour la première fois, nous avons donc un analogue des blazars lointains dans notre propre cour, ce qui confirme une prédiction formulée il y a trente ans. Cela ouvre ainsi la possibilité d’étudier ces systèmes avec un niveau de détail nettement supérieur et de suivre leur évolution sur des échelles temporelles humaines.
De plus, l’interaction du jet avec le milieu interstellaire, qui produit un véritable point chaud, suggère que des processus de ce type puissent jouer un rôle dans l’évolution de la Galaxie.
