En avril 2019, les scientifiques ont publié la première image d’un trou noir dans la galaxie M87 à l’aide du télescope Event Horizon (EHT). Cependant, cette réalisation remarquable n’était que le début de l’histoire scientifique à raconter.
Les données de 19 observatoires sont publiées, promettant de donner un aperçu inégalé de ce trou noir et du système qu’il alimente, et d’améliorer les tests de la théorie générale de la relativité d’Einstein.
Crédits: NASA / GSFC / SVS / M.Subbarao & NASA / CXC / SAO / A.Jubett
«Nous savions que la première image directe d’un trou noir serait révolutionnaire», a déclaré Kazuhiro Hada de l’Observatoire national d’astronomie du Japon, co-auteur d’une nouvelle étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters pour décrire le vaste ensemble de données. . «Mais pour tirer le meilleur parti de cette image remarquable, nous devons savoir tout ce que nous pouvons sur le comportement du trou noir à ce moment-là en observant sur tout le spectre électromagnétique.»
L’immense attraction gravitationnelle d’un trou noir supermassif peut propulser des jets de particules qui se déplacent presque à la vitesse de la lumière sur de vastes distances. Les jets du M87 produisent une lumière couvrant tout le spectre électromagnétique, des ondes radio à la lumière visible en passant par les rayons gamma. L’intensité de la lumière sur ce spectre donne un modèle différent pour chaque trou noir. L’identification de ce modèle donne un aperçu crucial des propriétés d’un trou noir (par exemple, son spin et sa production d’énergie), mais c’est un défi car le modèle change avec le temps.
Image du M87, une galaxie elliptique géante qui aurait un SMBH en son centre. Crédit: NASA / CXC / KIPAC / NSF / NRAO / AUI
Les scientifiques ont compensé cette variabilité en coordonnant les observations avec bon nombre des télescopes les plus puissants du monde au sol et dans l’espace, collectant la lumière à travers le spectre. Il s’agit de la plus grande campagne d’observation simultanée jamais entreprise sur un trou noir supermassif avec jets.
Les télescopes de la NASA impliqués dans cette campagne d’observation comprenaient le Observatoire de rayons X de Chandra, Le télescope spatial Hubble, Observatoire Neil Gehrels Swift, les Réseau de télescopes de spectroscopie nucléaire (NuSTAR), et le Télescope spatial à rayons gamma Fermi.
Commençant par l’image désormais emblématique de l’EHT de M87, une nouvelle vidéo emmène les téléspectateurs dans un voyage à travers les données de chaque télescope. La vidéo montre des données sur de nombreux facteurs d’échelle de dix, à la fois des longueurs d’onde de la lumière et de la taille physique. La séquence commence par l’image EHT du trou noir dans M87 publiée en avril 2019 (les données ont été obtenues en avril 2017). Il se déplace ensuite à travers les images d’autres réseaux de radiotélescopes du monde entier, se déplaçant vers l’extérieur dans le champ de vision à chaque étape. (L’échelle de la largeur des carrés est donnée en années-lumière dans le coin inférieur droit). Ensuite, la vue se transforme en télescopes qui détectent la lumière visible (Hubble et Swift), la lumière ultraviolette (Swift) et les rayons X (Chandra et NuSTAR). L’écran se divise pour montrer comment ces images, qui couvrent la même quantité de ciel en même temps, se comparent les unes aux autres. La séquence se termine en montrant ce que les télescopes gamma au sol, et Fermi dans l’espace, détectent à partir de ce trou noir et de son jet.
Chaque télescope fournit différentes informations sur le comportement et l’impact du trou noir de 6,5 milliards de masse solaire au centre de M87, situé à environ 55 millions d’années-lumière de la Terre.
«Plusieurs groupes se mettent en route pour voir si leurs modèles correspondent à ces riches observations, et nous sommes ravis de voir toute la communauté utiliser cet ensemble de données publiques pour nous aider à mieux comprendre les liens profonds entre les trous noirs et leurs jets, »A déclaré le co-auteur Daryl Haggard de l’Université McGill à Montréal, Canada.
Les données ont été collectées par une équipe de 760 scientifiques et ingénieurs de près de 200 institutions, 32 pays ou régions, à l’aide d’observatoires financés par des agences et des institutions du monde entier. Les observations ont été concentrées de fin mars à mi-avril 2017
«Cet incroyable ensemble d’observations comprend plusieurs des meilleurs télescopes du monde», a déclaré le co-auteur Juan Carlos Algaba de l’Université de Malaisie à Kuala Lumpur, en Malaisie. «C’est un merveilleux exemple d’astronomes du monde entier travaillant ensemble à la poursuite de la science.»
Les premiers résultats montrent que l’intensité du rayonnement électromagnétique produit par le matériau autour du trou noir supermassif de M87 était la plus basse jamais vue. Cela a produit des conditions idéales pour étudier le trou noir, des régions proches de l’horizon des événements à des dizaines de milliers d’années-lumière.
La combinaison des données de ces télescopes et des observations EHT actuelles (et futures) permettra aux scientifiques de mener d’importantes pistes d’investigation dans certains des domaines d’étude les plus importants et les plus difficiles de l’astrophysique. Par exemple, les scientifiques prévoient d’utiliser ces données pour améliorer les tests de la théorie d’Einstein de la relativité générale. Actuellement, les principaux obstacles à ces tests sont les incertitudes sur le matériau tournant autour du trou noir et projeté dans des jets, en particulier les propriétés qui déterminent la lumière émise.
Une question connexe qui est abordée par l’étude d’aujourd’hui concerne l’origine des particules énergétiques appelées «rayons cosmiques», qui bombardent continuellement la Terre depuis l’espace. Leurs énergies peuvent être un million de fois plus élevées que ce qui peut être produit dans l’accélérateur le plus puissant du monde, le grand collisionneur de hadrons. On pense que les énormes jets lancés à partir des trous noirs, comme ceux montrés dans les images d’aujourd’hui, sont la source la plus probable des rayons cosmiques les plus énergétiques, mais il y a beaucoup de questions sur les détails, y compris les emplacements précis où les particules sont accélérées. Parce que les rayons cosmiques produisent de la lumière via leurs collisions, les rayons gamma les plus énergétiques peuvent localiser cet emplacement, et la nouvelle étude indique que ces rayons gamma ne sont probablement pas produits près de l’horizon des événements – du moins pas en 2017. Une clé pour régler ce problème Le débat sera la comparaison avec les observations de 2018 et les nouvelles données collectées cette semaine.
«Comprendre l’accélération des particules est vraiment au cœur de notre compréhension de l’image EHT ainsi que des jets, dans toutes leurs« couleurs »», a déclaré le co-auteur Sera Markoff, de l’Université d’Amsterdam. «Ces jets parviennent à transporter l’énergie libérée par le trou noir à des échelles plus grandes que la galaxie hôte, comme un énorme cordon d’alimentation. Nos résultats nous aideront à calculer la quantité d’énergie transportée et l’effet des jets du trou noir sur son environnement.
La publication de ce nouveau trésor de données coïncide avec la course d’observation de l’EHT en 2021, qui exploite une gamme mondiale d’antennes radio, la première depuis 2018. La campagne de l’année dernière a été annulée en raison de la pandémie de COVID-19, et l’année précédente a été suspendue en raison de problèmes techniques imprévus. Cette semaine même, les astronomes de l’EHT ciblent à nouveau le trou noir supermassif de M87, celui de notre galaxie (appelé Sagittaire A *), ainsi que plusieurs trous noirs plus éloignés pendant six nuits. Par rapport à 2017, le réseau a été amélioré en ajoutant trois radiotélescopes supplémentaires: le télescope du Groenland, le télescope de 12 mètres Kitt Peak en Arizona et le NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en France.
«Avec la publication de ces données, combinée à la reprise de l’observation et à un EHT amélioré, nous savons que de nombreux nouveaux résultats passionnants se profilent à l’horizon», a déclaré le co-auteur Mislav Baloković de l’Université de Yale.
La lettre du journal astrophysique décrivant ces résultats est disponible ici.
La source: NASA
