M87* est le trou noir supermassif au cœur de la galaxie géante M87 ayant livré la première image de l'ombre de l'horizon des événements de ces astres compacts. Aujourd'hui, un groupe de radiotélescopes dont ceux d'Alma, de l'ESO, révèle sur une seule image le même trou noir, mais aussi la naissance de son jet de matière à partir d'un anneau de matière autour de M87*. Voilà de quoi mieux comprendre les autres jets de trous noirs.
au sommaire
Déjà au mois d'avril 2019, la galaxie Messier 87Messier 87 (M87M87), une énorme galaxie elliptique située à environ 55 millions d'années-lumière de la Terre, défrayait la chronique dans le domaine de la radioastronomie. En fait, les astronomesastronomes l'étudiaient depuis des siècles dans le visible et dans la constellation de la Vierge, suite à sa découverte par Charles MessierCharles Messier en 1781. On a réalisé plus tard qu'en plus de contenir 10 fois plus d'étoiles que la Voie lactéeVoie lactée, elle contenait aussi en son cœur un trou noir supermassiftrou noir supermassif qui était une cible excellente pour pouvoir observer l'ombre de l'horizon des événementshorizon des événements d'un trou noir.
Il a fallu pour cela mobiliser des observations de plusieurs radiotélescopesradiotélescopes à la surface de la Terre et mettre en œuvre avec eux la technique de la synthèse d'ouverturesynthèse d'ouverture. Elle permet de disposer virtuellement d'un radiotélescope de la taille de la Terreen en combinant les observations de ces instruments et pouvant donc réaliser des images avec une résolutionrésolution record.
Roger Blandford nous parle des trous noirs supermassifs et de leurs jets dans cette vidéo. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Quanta Magazine
Des observations complémentaires de l'EHT
C’est ce qu’avaient réussi à faire les membres de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT), révélant donc, en 2019, la première image d’un trou noir. Aujourd'hui, comme l'explique un communiqué de l'Observatoire européen austral (ESOESO) qu'accompagne une publication dans Nature, on a observé pour la première fois sur une même image, l'ombre du trou noir au centre de M87) et le puissant jet de particules de matièrematière allant presque à la vitesse de la lumièrevitesse de la lumière qui en est expulsée.
Le communiqué précise aussi que c'est le résultat d'un travail de traitement des signaux collectés de longue haleine car il a débuté avec des observations réalisées en 2018 avec les télescopestélescopes du Global Millimetre VLBI Array (GMVA), de l'Atacama Large Millimeter/subimeter Array (Alma) et du Greenland Telescope (GLT).
Ce jet est connu depuis longtemps puisque l'astronome états-unien Heber Doust Curtis l'avait observé dès 1918. Mais ce n'est que plus tard que l'on comprendra que ce jet de matière particulièrement fin et collimaté, s'étendant sur au moins 5 000 années-lumière, est le fruit de processus physiquesphysiques complexes relevant de la magnétohydrodynamique des plasmas en espace-tempsespace-temps courbe, en l'occurrence celui d'un trou noir de Kerrtrou noir de Kerr en rotation contenant environ 6,5 milliards de massesmasses solaires, comme Futura l’avait expliqué longuement dans un précédent article.
Un laboratoire pour comprendre l'astrophysique des trous noirs galactiques
L'enjeu des nouvelles analyses des observations est plus vaste que le cas de M87 car plusieurs jets similaires sont connus et on sait qu'ils doivent être en relation avec les interactions entre les trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs et les galaxies qui les abritent.
« Nous savons que des jets sont éjectés de la région entourant les trous noirs mais nous ne comprenons pas encore tout à fait comment cela se produit. Pour l'étudier directement, nous devons observer l'origine du jet au plus près du trou noir », explique dans le communiqué de l'ESO Ru-Sen Lu, de l'Observatoire astronomique de Shanghai, en Chine.
Les observations précédentes avaient permis d'obtenir des images séparées de la région proche du trou noir et du jet, mais « cette nouvelle image complète le tableau en montrant la région autour du trou noir et le jet en même temps », ajoute son collègue Jae-Young Kim de l'université nationale Kyungpook en Corée du Sud et de l'Institut Max-PlanckPlanck de radioastronomie en Allemagne.
Un résumé de la découverte faite avec Alma. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © European Southern Observatory (ESO)
Toujours dans le même communiqué, on apprend que le gain en résolution encore obtenu dans le cas de M87 provient du fait que les chercheurs avec les radiotélescopes utilisés ont mis à profit des ondes radio avec une longueur d'ondelongueur d'onde plus grande que celle de l'EHT : 3,5 mm au lieu de 1,3 mm. Comme l'explique Thomas Krichbaum de l'Institut Max-Planck de radioastronomie, « à cette longueur d'onde, nous pouvons voir comment le jet émerge de l'anneau d'émissionémission autour du trou noir supermassif central ». La taille de l'anneau observé est environ 50 % plus grande que celle de l'image de l'Event Horizon Telescope.
« Pour comprendre l'origine physique de cet anneau plus grand et plus épais, nous avons dû utiliser des simulations informatiquessimulations informatiques pour tester différents scénarios », y ajoute Keiichi Asada de l'Academia Sinica à Taïwan.
Au final, l'image montrerait plus complètement une partie de la matière tombant en direction de l'horizon des événements du trou noir supermassif.
