Sagittarius A* : Webb capte 5 à 6 flares par jour sur 48 h

Pendant un an, Farhad Yusef-Zadeh a accumulé 48 heures d'observation du trou noir central de la Voie lactée avec NIRCam, l'instrument grand champ infrarouge du James Webb Space Telescope. Huit à dix heures à la fois, étalées sur plusieurs sessions entre 2023 et 2024. Le verdict est sorti dans l'Astrophysical Journal Letters le 20 février 2025, et il bouscule l'image qu'on se faisait de Sagittarius A*. Pas de période de calme. Pas de fenêtre d'observation tranquille. Cinq à six éruptions majeures par jour, et entre les éruptions, un bouillonnement permanent de sous-flares qui ne s'arrête jamais.

Sagittarius A* pèse 4,297 millions de masses solaires. Vingt-six mille années-lumière nous séparent du centre galactique. C'est, à l'échelle cosmique, le trou noir supermassif le plus proche de nous, et de très loin notre meilleur cas d'étude pour comprendre comment ces objets accrètent la matière. L'Event Horizon Telescope en a livré la première image en mai 2022, puis la version polarisée en mars 2024, révélant des champs magnétiques organisés spiralant vers l'horizon, étonnamment similaires à ceux de M87*. Le prix Nobel de physique 2020 est allé à Reinhard Genzel et Andrea Ghez pour avoir prouvé que cet objet compact ne pouvait être qu'un trou noir.

Sauf que tout ce qu'on savait reposait sur des observations ponctuelles. Chandra captait des flares X de temps à autre. L'EHT travaillait sur de courtes campagnes coordonnées. L'instrument MIRI du JWST avait détecté en janvier 2025 le tout premier flare moyen-infrarouge de Sgr A*, une première, mais sur une fenêtre courte. Personne n'avait jamais fait tourner un télescope quatre étoiles pendant 48 heures cumulées, en infrarouge proche, sur la même cible, en pointant deux longueurs d'onde simultanément. C'est ce que Yusef-Zadeh a obtenu auprès du Space Telescope Science Institute, et c'est ce qui change tout.

NIRCam est l'instrument signature du JWST. Sa particularité technique sur cette campagne : il observe en simultané deux filtres, F210M centré à 2,1 microns et F480M à 4,8 microns. Les deux faisceaux passent par un séparateur dichroïque, frappent deux détecteurs distincts, enregistrent la même région du ciel au même instant. Pour un objet variable comme Sgr A*, c'est l'équipement idéal. On compare directement la lumière à deux énergies différentes, sans biais temporel.

Le découpage des 48 heures en sessions de 8 à 10 heures vient d'une contrainte orbitale du JWST au point L2 et des fenêtres de visibilité du centre galactique. Yusef-Zadeh a demandé puis combiné plusieurs cycles d'observation entre avril 2023 et septembre 2024. Co-auteurs : H. Bushouse (Space Telescope Science Institute), R. G. Arendt (NASA Goddard), M. Wardle (Macquarie University), J. M. Michail et C. J. Chandler. Le titre du papier ne ment pas sur son contenu : "Nonstop Variability of Sgr A* Using JWST at 2.1 and 4.8 μm Wavelengths: Evidence for Distinct Populations of Faint and Bright Variable Emission", ApJ Letters 980:L35, DOI 10.3847/2041-8213/ada88b.

L'équipe ne cherchait pas spécifiquement les flares. Elle cherchait à caractériser la variabilité de fond, comprendre si Sgr A* connaît des phases calmes, mesurer le rapport flares/flickers. La réponse, c'est qu'il n'y a pas de phase calme. Du tout.

Le choix des deux longueurs d'onde n'est pas neutre. À 2,1 microns, on capte l'émission synchrotron des électrons les plus énergétiques, ceux qui rayonnent vite et se refroidissent vite. À 4,8 microns, on bascule sur les électrons moins énergétiques, ceux qui survivent plus longtemps après l'évènement d'accélération. La différence entre les deux courbes de lumière révèle la dynamique de refroidissement du plasma. C'est l'équivalent astrophysique d'un chronométrage à deux capteurs sur une même trajectoire.

L'extraction des courbes de lumière à partir des images NIRCam a posé un défi technique. Sgr A* est noyé dans un environnement encombré : étoiles S0-S2 en orbite serrée, nuages de poussière, sources X variables alentours. L'équipe a dû soustraire un modèle de PSF (point spread function) à chaque image pour isoler le signal du trou noir lui-même. Le bruit résiduel limite la détection à des variations d'au moins 10 % de la luminosité moyenne, ce qui reste largement suffisant pour caractériser les sous-flares.

Le bilan brut : cinq à six flares majeurs par jour, plusieurs sous-flares entre chaque pic principal, et en arrière-plan une variabilité continue qui descend jusqu'à la seconde. Yusef-Zadeh décrit le phénomène en termes très directs : "Il bouillonne en permanence et n'atteint jamais d'état stationnaire." Et plus loin : "Nous n'avons trouvé aucun motif dans cette activité. Elle semble aléatoire."

Les durées s'étalent sur six ordres de grandeur. Le fragment le plus court ressemble à un scintillement de quelques secondes. Le plus brillant, à une éruption de plusieurs dizaines de minutes, parfois aveuglante au sens où la dynamique du détecteur sature presque. Entre les deux, tout un continuum. Et au-dessus, des changements lents de luminosité moyenne qui s'étalent sur des mois.

Le mot "permanent" n'est pas une fioriture journalistique. C'est la conclusion technique. Sur 48 heures réparties sur un an, l'équipe n'a pas trouvé un seul créneau de plusieurs heures consécutives où Sgr A* serait resté stable. Aucun. C'est le contraste majeur avec M87*, qui présente des phases relativement quiescentes entre des éruptions plus rares mais plus énergétiques.

La découverte la plus exploitable scientifiquement, ce n'est pas le rythme des flares. C'est le décalage temporel entre les deux longueurs d'onde. Chaque éruption observée à 2,1 microns réapparaît à 4,8 microns avec un retard de quelques secondes à 40 secondes maximum. Jamais l'inverse. Le court précède le long, systématiquement.

L'interprétation tient en une ligne : les particules accélérées perdent leur énergie plus vite aux courtes longueurs d'onde qu'aux longues. C'est exactement le comportement attendu pour de l'émission synchrotron produite par des électrons relativistes piégés dans un champ magnétique. À mesure que les électrons rayonnent, ils ralentissent. Le pic d'émission glisse des hautes énergies vers les basses énergies. On voit défiler le refroidissement du plasma en temps réel, à 26 000 années-lumière de distance.

C'est la première fois qu'on mesure ce décalage à ces longueurs d'onde sur Sgr A*. La signature est si nette qu'elle valide d'un coup tout le scénario théorique de l'émission synchrotron post-reconnexion magnétique. Avant, on l'inférait. Maintenant, on le chronomètre.

Yusef-Zadeh et Wardle distinguent dans le papier deux populations bien séparées de phénomènes. Le scintillement permanent et les éruptions majeures ne viennent pas de la même physique.

Les scintillements rapides ressemblent à des éruptions solaires miniatures. Le disque d'accrétion est turbulent, le plasma s'y compresse localement, des bouffées de chaleur s'allument et s'éteignent par convection. C'est désordonné, fréquent, peu énergétique. Ça remplit le bruit de fond.

Les grandes éruptions, en revanche, viennent de la reconnexion magnétique. Le disque charrie des lignes de champ qui s'enroulent, se croisent, finissent par se reconnecter brutalement. À l'instant de la reconnexion, l'énergie magnétique stockée se transforme en énergie cinétique de particules. Les électrons partent à des vitesses proches de la lumière, spiralent autour des lignes de champ résiduelles, et émettent un rayonnement synchrotron qui culmine dans le proche infrarouge. La signature à 40 secondes de retard, c'est exactement ça : on voit d'abord les électrons les plus énergétiques rayonner court, puis on les voit refroidir et glisser vers le long.

Le modèle de Aimar et collaborateurs (Astronomy & Astrophysics 2023) sur les plasmoïdes magnétiques colle bien aux observations Webb. La reconnexion produit des bulles de plasma qui sont éjectées le long des lignes de champ, et ces bulles rayonnent en se refroidissant. Le 48 heures cumulé du JWST permet enfin de tester ce scénario sur un échantillon statistique solide.

L'EHT a livré en mars 2024 l'image polarisée de Sgr A*. La structure spiralée des champs magnétiques près de l'horizon ressemble à celle de M87*, observée trois ans plus tôt. Deux trous noirs supermassifs, des masses qui diffèrent d'un facteur 1500, des taux d'accrétion sans commune mesure, et pourtant la même architecture magnétique de base.

Sauf que la comparaison s'arrête là quand on regarde les flares. M87* émet des éruptions plus rares, plus énergétiques, avec des phases plus calmes entre. Sgr A* est dans un régime "low accretion rate" mais avec une variabilité permanente. La différence vient du fait que Sgr A* est sous-alimenté. Il accrète peu, et ce peu suffit à entretenir une turbulence magnétique non-stop sans permettre la formation d'un disque dense et stable.

Cette dualité M87*/Sgr A* est en train de devenir le banc d'essai standard pour les théories d'accrétion. Les observations EHT couplées au JWST sur d'autres trous noirs supermassifs jeunes ouvrent une fenêtre nouvelle sur la diversité des régimes d'accrétion à l'échelle de l'univers observable.

Sgr A* n'a pas de jet relativiste à grande échelle observable, contrairement à M87*. Mais la reconnexion magnétique observée en proche infrarouge est précisément le mécanisme qu'on suspecte derrière le lancement des jets dans les trous noirs plus actifs. Si on comprend comment les électrons sont accélérés près de l'horizon de Sgr A*, on tient potentiellement la clé de l'allumage des jets à plus grand taux d'accrétion.

L'enjeu va au-delà des trous noirs. Les mêmes mécanismes de reconnexion magnétique régissent les éruptions solaires, les sursauts gamma, certaines aurores polaires. À chaque échelle énergétique, la même physique de plasma magnétisé. Sgr A*, parce qu'on peut le résoudre temporellement et spectralement comme aucun autre trou noir supermassif, devient un laboratoire universel.

Yusef-Zadeh a déposé une nouvelle proposition au TAC du JWST pour une session de 24 heures sans interruption. L'objectif est double. D'abord réduire le bruit en éliminant les coupures entre sessions, ce qui devrait permettre de détecter des sous-flares actuellement noyés dans la dispersion. Ensuite chercher une éventuelle périodicité.

C'est la question scientifique de fond : Sgr A* est-il chaotique au sens strict (totalement aléatoire) ou présente-t-il une auto-corrélation temporelle masquée par l'échantillonnage fragmenté ? Une signature périodique, même faible, contraindrait fortement la géométrie du disque interne et la rotation du trou noir. Une absence stricte de périodicité validerait au contraire les modèles de turbulence pleinement développée.

Le JWST a une durée de vie utile estimée à plus de 20 ans grâce à l'efficacité du lancement Ariane 5 de décembre 2021, qui a économisé du carburant de correction d'orbite. Yusef-Zadeh aura le temps de revenir plusieurs fois sur sa cible. Les prochaines campagnes coordonnées avec l'EHT et l'instrument MIRI permettront de croiser proche infrarouge, moyen infrarouge et longueurs d'onde radio submillimétriques sur le même flare. C'est ce genre de campagne multi-instruments qui permettra, à terme, de cartographier la géométrie tridimensionnelle d'une zone de reconnexion à 26 000 années-lumière.

Pendant ce temps, à chaque seconde où vous lisez ce paragraphe, Sgr A* continue de scintiller. Cinq à six flares par jour, et le bouillonnement permanent entre. Le trou noir central de notre galaxie n'a jamais été aussi vivant, et on commence enfin à voir pourquoi.

Pour l'astronome amateur, la frustration reste la même qu'avant : Sgr A* n'est pas observable dans le visible, masqué par les nuages de poussière qui obstruent le bulbe galactique. Seul l'infrarouge et le radio passent. Mais la prochaine fois que vous pointerez un télescope vers la constellation du Sagittaire l'été prochain, vous saurez qu'à 26 000 années-lumière derrière ce champ d'étoiles, un trou noir de 4 millions de masses solaires est en train de faire éclore une éruption majeure. Il y en aura cinq autres dans les vingt-quatre heures qui suivent.

• https://science.nasa.gov/missions/webb/webb-reveals-rapid-fire-light-show-from-milky-ways-central-black-hole/
• https://news.northwestern.edu/stories/2025/02/flickers-and-flares-milky-ways-central-black-hole-constantly-bubbles-with-light
• https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ada88b
• https://www.researchgate.net/publication/389114315
• https://www.cfa.harvard.edu/news/astronomers-unveil-strong-magnetic-fields-spiraling-edge-milky-ways-central-black-hole
• https://www.skyatnightmagazine.com/news/webb-telescope-sees-flares-from-sagittarius-a
• https://www.mpg.de/23985074/first-ever-detection-of-a-mid-infrared-flare-in-sagittarius-a-the-central-source-of-the-milky-way
• https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2023/04/aa44936-22/aa44936-22.html