Voici la première image d’un trou noir et de son jet d’énergie

Mais les trous noirs ne sont pas que de l’obscurité : ces monstres supermassifs peuvent lancer de puissants jets de matière qui s’étendent au-delà de leurs propres galaxies. Or, une équipe internationale à laquelle participent également des chercheurs de l’Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), vient de réussir à capturer pour la première fois en une seule image le trou noir de Messier 87 (M87) accompagné de son puissant jet . Les résultats viennent d’être publiés dans la revue ‘Nature‘.

“Nous savons que les jets sont éjectés de la région autour des trous noirs”, explique Ru-Sen Lu de l’Observatoire astronomique de Shanghai en Chine. « Cependant, nous ne comprenons toujours pas vraiment comment cela se produit. Pour l’étudier directement, nous devons observer la source du jet aussi près que possible du trou noir.” C’est pourquoi cette image sera essentielle pour percer l’un des mystères qui intrigue le plus les scientifiques : le mécanisme derrière ces puissantes émanations.

Les observations précédentes avaient réussi à obtenir des images séparées de la région proche du trou noir, qui est 6,5 milliards de fois plus massif que notre Soleil, et du jet : c’est la première fois que les deux sont observés ensemble. Désormais, grâce à cette capture, il sera possible d’étudier les phénomènes qui unissent les deux. “Maintenant, en montrant la région autour du trou noir et du jet en même temps, nous avons déjà une image complète”, déclare Jae-Young Kim de l’Université nationale de Kyungpook en Corée du Sud et de l’Institut Max Planck de radioastronomie, en Allemagne. .

Un télescope virtuel de la taille de la Terre

L’image a été obtenue avec GMVA, ALMA et le GLT, formant un réseau mondial de radiotélescopes qui ont travaillé ensemble comme un télescope virtuel de la taille de la Terre. Un si grand réseau peut discerner de très petits détails dans la région autour du trou noir de M87.

La nouvelle image montre le jet émergeant près du trou noir, ainsi que ce que les scientifiques appellent l’ombre du trou noir. Lorsque la matière orbite autour du trou noir, elle se réchauffe et émet de la lumière. Le trou noir se plie et capture une partie de cette lumière, créant une structure autour du trou noir qui, vue de la Terre, ressemble à un anneau.

La lumière de M87 est produite par l’interaction entre des électrons hautement énergétiques et des champs magnétiques, un phénomène connu sous le nom de rayonnement synchrotron. Les nouvelles observations révèlent de nouveaux détails sur l’emplacement et l’énergie de ces électrons, et introduisent également une note sur la nature du trou noir lui-même : il n’est pas très affamé. Il consomme de la matière à un faible taux, ne convertissant qu’une petite fraction en rayonnement. De plus, les nouvelles données apportent des aspects surprenants : le rayonnement de la région interne proche du trou noir est plus large que prévu, ce qui pourrait signifier qu’il y a quelque chose de plus que du gaz qui tombe à l’intérieur. Il pourrait également y avoir un type de vent galactique, qui produit des turbulences autour du trou noir.

Photos prises en 2018

Ces nouvelles observations du trou noir de M87 ont été faites en 2018 avec GMVA, qui se compose de 14 radiotélescopes en Europe et en Amérique du Nord. De plus, deux autres installations étaient reliées au GMVA : le télescope du Groenland et ALMA, dont l’ESO est partenaire. ALMA se compose de 66 antennes dans le désert chilien d’Atacama et a joué un rôle clé dans ces observations. Les données recueillies par tous ces télescopes à travers le monde sont combinées à l’aide d’une technique appelée interférométrie, qui synchronise les signaux captés par chaque installation individuelle. Mais pour capturer correctement la véritable forme d’un objet astronomique, il est important que les télescopes soient répartis sur toute la Terre.

Les télescopes de GMVA sont pour la plupart alignés d’est en ouest, donc l’ajout d’ALMA dans l’hémisphère sud était essentiel pour capturer cette image du jet et de l’ombre du trou noir de M87. “Grâce à l’emplacement et à la sensibilité d’ALMA, nous avons pu révéler l’ombre du trou noir et, en même temps, avoir un aperçu plus approfondi de l’émission du jet”, explique Lu.

La haute résolution et la sensibilité du réseau intercontinental de télescopes utilisés nous ont permis d’obtenir ce panorama. Le diamètre de l’anneau tel que mesuré par le Global Millimeter VLBI Array est de 64 microsecondes d’arc, ce qui correspond à la taille d’un ballon de football sur la Lune vu de la Terre. « Ces résultats étonnants ne sont que le début d’une ère fascinante en radioastronomie. Notre équipe de recherche continuera à explorer M87 et d’autres objets similaires en utilisant la résolution sans précédent que les grandes combinaisons d’antennes telles que GMVA, KVN et EHT peuvent offrir », explique Thalia Traianou, chercheuse à l’IAA-CSIC qui participe aux travaux.

Regarder l’avenir

À l’avenir, les observations avec ce réseau de télescopes continueront de découvrir comment des jets puissants peuvent être lancés par des trous noirs supermassifs. “Nous prévoyons d’observer la région autour du trou noir au centre de M87 à différentes longueurs d’onde radio pour étudier plus avant l’émission du jet”, confirme Eduardo Ros de l’Institut Max Planck de radioastronomie.

Ces observations simultanées permettraient à l’équipe de démêler les processus compliqués qui se déroulent près du trou noir supermassif. “Les prochaines années seront passionnantes, car nous pourrons en savoir plus sur ce qui se passe près de l’une des régions les plus mystérieuses de l’Univers”, conclut Ros.