Faits: A. Le 27 novembre 2007, A.X._ a déposé plainte pénale contre B.X._, lui reprochant d'avoir commis des abus sexuels répétés pendant l'exercice de son droit de visite sur leur fils C.X._, né en avril 2003. Une expertise pédopsychiatrique du Service Universitaire de Psychiatrie de l'Enfant et de l'Adolescent (SUPEA) déposée le 30 juin 2008 conclut que les déclarations de l'enfant, sur lesquelles repose l'accusation, n'étaient pas crédibles. B. Par ordonnance du 22 janvier 2009, le Juge d'instruction de l'arrondissement de Lausanne a prononcé un non-lieu en faveur de B.X._. C. Le 23 mars 2009, le Tribunal d'accusation du Tribunal cantonal vaudois a rejeté le recours de A.X._ et confirmé l'ordonnance de non-lieu. D. A.X._ forme un recours en matière pénale contre cet arrêt. Elle invoque l'interdiction de l'arbitraire (art. 9 Cst.) ainsi que la violation de son droit d'être entendue (art. 29 Cst.) et conclut, avec suite de frais et dépens, à la réforme de l'arrêt cantonal en ce sens que l'ordonnance de non-lieu est annulée et la cause renvoyée à un nouveau magistrat instructeur, subsidiairement à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause à l'autorité cantonale. Elle sollicite en outre l'assistance judiciaire. E. La cour cantonale a renoncé à se déterminer et s'est référée aux considérants de son arrêt. B.X._ conclut au rejet du recours sous suite des frais et dépens.