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L’inversion magnétique spontanée du trou noir monstre déclenche une explosion énigmatique

Disque d'accrétion, couronne et trou noir supermassif de la galaxie active

Cette illustration montre le disque d’accrétion, la couronne (tourbillons pâles et coniques au-dessus du disque) et le trou noir supermassif de la galaxie active 1ES 1927+654 avant sa récente poussée. Crédit : NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnet

L’observatoire Swift de la NASA suit le retournement magnétique potentiel du trou noir monstre

Une explosion rare et énigmatique d’une galaxie active à 236 millions d’années-lumière peut avoir été déclenchée par une inversion magnétique, une inversion spontanée du champ magnétique entourant son centre[{” attribute=””>black hole.

In a comprehensive new study, an international team of scientists links the eruption’s unusual characteristics to changes in the black hole’s environment that likely would be triggered by such a magnetic switch.

Explorez l’éruption inhabituelle de 1ES 1927+654, une galaxie située à 236 millions d’années-lumière dans la constellation de Draco. Une inversion soudaine du champ magnétique autour de son trou noir d’un million de masse solaire pourrait avoir déclenché l’explosion. Crédit:[{” attribute=””>NASA’s Goddard Space Flight Center

“Rapid changes in visible and ultraviolet light have been seen in a few dozen galaxies similar to this one,” said Sibasish Laha, a research scientist at the University of Maryland, Baltimore County and NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. “But this event marks the first time we’ve seen X-rays dropping out completely while the other wavelengths brighten.”

A paper describing the findings, led by Laha, is accepted for publication in The Astrophysical Journal.

Cette séquence illustre diverses caractéristiques de l’explosion de la galaxie 1ES 1927+654, de sa luminosité considérablement accrue dans le visible et l’UV à la perte et à la récupération de la couronne, la source des rayons X à haute énergie. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

L’équipe de recherche a analysé les observations nouvelles et archivées à travers le spectre. L’observatoire Swift de Neil Gehrel de la NASA et le satellite XMM-Newton de l’ESA (Agence spatiale européenne) ont fourni des mesures d’UV et de rayons X. Les observations en lumière visible provenaient du télescope national italien Galileo de 3,6 mètres et du Gran Telescopio Canarias de 10,4 mètres, tous deux situés sur l’île de La Palma dans les îles Canaries, en Espagne. Les mesures radio ont été acquises à partir du Very Long Baseline Array, un réseau de 10 radiotélescopes situés à travers les États-Unis ; le Very Large Array au Nouveau-Mexique ; et le réseau européen VLBI.

Début mars 2018, le Enquête automatisée sur tout le ciel pour les supernovae a alerté les astronomes qu’une galaxie appelée 1ES 1927+654 s’était éclaircie de près de 100 fois en lumière visible. Une recherche de détections antérieures financée par la NASA Système de dernière alerte d’impact terrestre d’astéroïde a montré que l’éruption avait commencé des mois plus tôt, fin 2017.

Interprétation par inversion magnétique de l'éruption au centre d'une galaxie active

Ce schéma illustre l’interprétation par inversion magnétique de l’éruption au centre de la galaxie active connue sous le nom de 1ES 1927+654. Les lignes jaunes représentent la direction initiale du champ magnétique, tandis que les lignes orange indiquent la polarité inversée. Fin décembre 2017, le disque d’accrétion s’est éclairci jusqu’à 100 fois en lumière visible, en raison d’une “alimentation” accrue par le trou noir supermassif – éventuellement déclenchée par un changement de polarité magnétique dans le disque externe. En août 2018, le flux magnétique inversé a atteint le disque d’accrétion interne, provoquant la disparition de la couronne – et des rayons X à haute énergie qu’elle produisait. En octobre 2018, les rayons X sont revenus, indiquant que la couronne avait été reconstruite, mais elle est progressivement devenue plus intense, atteignant un pic en novembre 2019. Au cours de cette période, le champ magnétique s’est renforcé dans sa nouvelle orientation, et un flux plus élevé de la matière pourrait atteindre le trou noir. Aujourd’hui : Le trou noir s’est installé dans son état de pré-éruption de 2011, mais avec un champ magnétique de polarité opposée. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Jay Friedlander

Lorsque Swift a examiné la galaxie pour la première fois en mai 2018, son émission UV était multipliée par 12 mais diminuait régulièrement, indiquant un pic antérieur non observé. Puis, en juin, l’émission de rayons X de plus haute énergie de la galaxie a disparu.

“C’était très excitant de se plonger dans l’étrange épisode explosif de cette galaxie et d’essayer de comprendre les processus physiques possibles à l’œuvre”, a déclaré José Acosta-Pulido, co-auteur à l’Institut d’astrophysique des îles Canaries (IAC) à Tenerife.

Cette vidéo illustre l’interprétation par inversion magnétique de l’éruption au centre de la galaxie active connue sous le nom de 1ES 1927+654, comme le montre le schéma ci-dessus. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Jay Friedlander

La plupart des grandes galaxies, y compris la nôtre[{” attribute=””>Milky Way, host a supermassive black hole weighing millions to billions of times the Sun’s mass. When matter falls toward one, it first collects into a vast, flattened structure called an accretion disk. As the material slowly swirls inward, it heats up and emits visible, UV, and lower-energy X-ray light. Near the black hole, a cloud of extremely hot particles – called the corona – produces higher-energy X-rays. The brightness of these emissions depends on how much material streams toward the black hole.

An earlier interpretation of the eruption suggested that it was triggered by a star that passed so close to the black hole it was torn apart, disrupting the flow of gas,” said co-author Josefa Becerra González, also at the IAC. “We show that such an event would fade out more rapidly than this outburst.”

Neil Gehrels Swift Observatory

Illustration of the Neil Gehrels Swift Observatory. Credit: NASA

The unique disappearance of the X-ray emission provides astronomers with an important clue. They suspect the black hole’s magnetic field creates and sustains the corona, so any magnetic change could impact its X-ray properties.

“A magnetic reversal, where the north pole becomes south and vice versa, seems to best fit the observations,” said co-author Mitchell Begelman, a professor in the department of astrophysical and planetary sciences at the University of Colorado Boulder. He and his Boulder colleagues, post-doctoral researcher and co-author Nicolas Scepi and professor Jason Dexter, developed the magnetic model. “The field initially weakens at the outskirts of the accretion disk, leading to greater heating and brightening in visible and UV light,” he explained.

As the flip progresses, the field becomes so weak that it can no longer support the corona – the X-ray emission vanishes. The magnetic field then gradually strengthens in its new orientation. In October 2018, about 4 months after they disappeared, the X-rays came back, indicating that the corona had been fully restored. By summer 2021, the galaxy had completely returned to its pre-eruption state.

Magnetic reversals are likely to be common events in the cosmos. The geologic record shows that Earth’s field flips unpredictably, averaging a few reversals every million years in the recent past. The Sun, by contrast, undergoes a magnetic reversal as part of its normal cycle of activity, switching north and south poles roughly every 11 years.

Reference: “A radio, optical, UV and X-ray view of the enigmatic changing look Active Galactic Nucleus 1ES~1927+654 from its pre- to post-flare states” by Sibasish Laha (NASA-GSFC), Eileen Meyer, Agniva Roychowdhury, Josefa Becerra González, J. A. Acosta-Pulido, Aditya Thapa, Ritesh Ghosh, Ehud Behar, Luigi C. Gallo, Gerard A. Kriss, Francesca Panessa, Stefano Bianchi, Fabio La Franca, Nicolas Scepi, Mitchell C. Begelman, Anna Lia Longinotti, Elisabeta Lusso, Samantha Oates, Matt Nicholl and S. Bradley Cenko, Accepted, The Astrophysical Journal.
arXiv:2203.07446

Goddard manages the Swift mission in collaboration with Penn State, the Los Alamos National Laboratory in New Mexico, and Northrop Grumman Space Systems in Dulles, Virginia. Other partners include the University of Leicester and Mullard Space Science Laboratory in the United Kingdom, Brera Observatory in Italy, and the Italian Space Agency.

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