An intrinsic decline of accretion activity in GRS 1915+105

Résumé technique : Un déclin intrinsèque de l'activité d'accrétion dans GRS 1915+105

Énoncé du problème
Le microquasar canonique GRS 1915+105 a présenté des changements multi-longueurs d'onde sans précédent depuis 2018, entrant dans un état de faible flux prolongé et fortement obscurci en rayons X, ponctué par des éruptions intenses en 2023–2024. Les récentes non-détections profondes en radio et en rayons X mous ont laissé ambigu la nature de l'activité actuelle du cœur de la source. Le problème central abordé est de savoir si la disparition de la source est due à une colonne circumnucléaire accrue et profondément obscurcissante (un « cocon ») ou à un déclin intrinsèque de l'activité d'accrétion. Ces deux scénarios sont actuellement dégénérés, car les deux peuvent supprimer le flux observé.

Méthodologie
Les auteurs présentent de nouvelles contraintes multi-longueurs d'onde pour lever cette dégénérescence :

1. Observations de rayons X par NuSTAR : Une observation ciblée le 17 novembre 2025 a fourni une non-détection profonde dans la bande 3–78 keV. Les auteurs ont utilisé l'analyse bayésienne des rayons X (BXA) avec un échantillonnage imbriqué (MultiNest) pour dériver des limites supérieures de flux rigoureuses ($F_{3-78} < 1,3 \times 10^{-13}$ erg s$^{-1}$ cm$^{-2}$), correspondant à une limite de luminosité de $L_{3-78} < 1,4 \times 10^{33}$ erg s$^{-1}$. Cette limite est $10^4$ à $10^6$ fois plus profonde que les détections historiques.
2. Spectrophotométrie infrarouge SPHEREx : Les données de la mission SPHEREx (époques de fin 2025 et début 2026) ont été analysées pour construire la distribution spectrale d'énergie (SED) de la source dans la plage 0,75–5,0 $\mu$m. Les auteurs ont employé une photométrie forcée pour atténuer la contamination du champ infrarouge encombré, en reconnaissant que la contamination résiduelle peut exister.
3. Modélisation et comparaison : Les auteurs ont testé l'hypothèse de l'« obscurcissement accru » en ajustant la non-détection de NuSTAR avec des modèles d'obscurcissement d'AGN physiquement cohérents (UXCLUMPY, XSKIRTOR et BNsphere). Ils ont calculé les fractions de diffusion et les densités de colonne requises pour expliquer les non-détections en rayons X et en radio. De plus, ils ont estimé la luminosité de retrait thermique attendue d'un cocon Compton-épais absorbant la puissance d'accrétion historique et l'ont comparée au flux infrarouge observé. La position de la source a également été cartographiée sur le plan milieu-infrarouge–rayons X ($L_{\text{MIR}}$–$L_X$) par rapport aux données historiques et à d'autres binaires à trous noirs.

Résultats clés

• Contraintes en rayons X : La non-détection de NuSTAR exige que si la source est intrinsèquement active, tout cocon obscurcissant doit être Compton-épais ($N_H \gtrsim 2 \times 10^{25}$ cm$^{-2}$) et couvrir totalement le ciel ($4\pi$). Crucialement, pour supprimer le flux aux niveaux observés, la fraction de diffusion ($f_{\text{scatt}}$) doit être inférieure à $\sim 10^{-4}$. Les modèles standards d'absorbeurs Compton-épais présentent typiquement des fractions de diffusion de quelques pourcents ; atteindre des valeurs aussi basses nécessite une géométrie implausiblement spécifique.
• Contraintes infrarouges : Si la source était intrinsèquement active à des niveaux historiques ($L_{\text{acc}} \sim 0,05 L_{\text{Edd}}$) et entièrement obscurcie par une coquille Compton-épaisse, l'énergie absorbée serait retraitée en émission thermique infrarouge. Pour un rayon de coquille de $10^{13}$ cm, le flux prédit à 5 $\mu$m serait de $\sim 70$ mJy (rougi), dépassant les limites de détection de SPHEREx de près de deux ordres de grandeur. Même pour des coquilles plus grandes, la masse requise pour soutenir une telle colonne devient physiquement démesurée (comparable à la masse totale du système binaire).
• Analyse de la SED et du plan : La SED à large bande construite à partir de NuSTAR, SPхerEx et des données radio montre que la source est nettement plus faible sur l'ensemble du spectre électromagnétique par rapport à ses états historiques. Sur le plan $L_{\text{MIR}}$–$L_X$, la source occupe désormais le régime cohérent avec les binaires à rayons X de trous noirs au repos, plutôt qu'avec les états obscurcis ou en éruption observés précédemment.
• Non-détection radio : Les auteurs notent qu'un cocon ionisé et Compton-épais serait opaque aux ondes radio via l'absorption par libre-électron, ce qui est cohérent avec les non-détections radio profondes. Cependant, cela ne résout pas le conflit avec l'absence d'émission infrarouge retraitée.

Conclusion et importance
L'article soutient que le scénario de l'« obscurcissement accru » est incompatible avec l'absence d'émission thermique retraitée dans l'infrarouge et avec les contraintes géométriques extrêmes requises pour supprimer la diffusion des rayons X. Au lieu de cela, les données sont cohérentes avec un affaiblissement intrinsèque de l'activité d'accrétion de 2 à 4 ordres de grandeur (ou plus) survenu autour de novembre 2025 ou plus tôt.

Les auteurs proposent un mécanisme physique dans lequel les flux violents et l'activité d'éruption observés pendant 2023–2024 ont progressivement expulsé le matériau alimentant le disque d'accrétion interne, conduisant à un étouffement de la source. Cette interprétation suggère que GRS 1915+105 est en transition vers une nouvelle phase de repos. La portée de ce travail réside dans le fait qu'il fournit la première preuve claire de tels changements séculaires dramatiques de l'accrétion sur des échelles de temps humaines dans un microquasar. Les auteurs suggèrent qu'une surveillance continue, notamment avec des observations radio à plus haute fréquence et des installations sensibles dans l'infrarouge/sub-millimétrique (comme ALMA et JWST), est nécessaire pour confirmer l'épuisement du disque interne et caractériser tout reste de cocon gazeux.