Première image d’un trou noir au cœur de la Voie lactée
Des astronomes révèlent la première image du trou noir au cœur de la Voie lactée
Zoom sur les premiers résultats Sgr A* du télescope Event Horizon
Premières images publiées du trou noir supermassif Sagittarius A* qui se trouve au cœur de la Voie lactée capturées par l’Event Horizon Telescope Collaboration
Des astronomes révèlent la première image du trou noir au cœur de la Voie lactée
Découverte révolutionnaire : les observations sans précédent d’EHT améliorent notre compréhension de ce qui se passe au centre même de notre galaxie
12 mai 2022 : Les astronomes ont dévoilé la première image du trou noir supermassif au centre de notre propre galaxie, la Voie lactée. Ce résultat fournit des preuves accablantes que l’objet est en effet un trou noir et donne des indices précieux sur la nature de ces géants, qui sont censés résider au centre de la plupart des galaxies. L’image a été produite par une équipe de recherche mondiale appelée Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, en utilisant les observations d’un réseau mondial de radiotélescopes. L’Institut Max Planck de radioastronomie (MPIfR) à Bonn joue un rôle majeur dans tous les aspects de cette découverte, de la fondation et de l’établissement de la collaboration EHT à la production finale et à l’interprétation des données.
Les résultats sont publiés dans une série d’articles dans un numéro spécial d’Astrophysical Journal Letters.
Bien que nous ne puissions pas voir le trou noir lui-même, parce qu’il est complètement sombre, le gaz incandescent qui l’entoure révèle une signature révélatrice : une région centrale sombre (appelée « ombre ») entourée d’une structure brillante en forme d’anneau. La nouvelle vue capture la lumière courbée par la puissante gravité du trou noir, qui est quatre millions de fois plus massif que notre Soleil.
Parce que Sgr A* est à environ 27 000 années-lumière de la Terre, il nous semble avoir à peu près la même taille dans le ciel qu’un beignet sur la Lune. Pour l’imager, l’équipe a créé le puissant EHT, qui relie huit observatoires radio existants à travers la planète pour former un seul télescope virtuel « de la taille de la Terre ». L’EHT a observé le trou noir plusieurs nuits, collectant des données pendant plusieurs heures d’affilée, de la même manière que l’utilisation d’un long temps d’exposition sur un appareil photo. Ce télescope virtuel est réalisé grâce à l’utilisation d’un ordinateur performant, appelé corrélateur. Le corrélateur MPIfR a analysé la moitié des données de la campagne d’observation 2017.
« C’est formidable que le télescope APEX puisse jouer un rôle aussi important dans le développement de l’EHT et participer également à ces observations réelles de Sgr A* », déclare Karl Menten, directeur du MPIfR, qui est le chercheur principal du télescope APEX. . Il ajoute : « Sa contribution est essentielle pour parvenir à un étalonnage parfait de la luminosité changeante de la source et pour apporter la preuve finale de l’ombre du trou noir dans notre centre galactique.
Cette percée fait suite à la publication par la collaboration EHT en 2019 de la première image d’un trou noir, appelé M87 *, au centre de la galaxie plus éloignée Messier 87. Les deux trous noirs se ressemblent remarquablement, même si le trou noir de notre galaxie est plus qu’un mille fois plus petit et moins massif que M87*. « Nous avons deux types de galaxies complètement différents et deux masses de trous noirs très différentes, mais près du bord de ces trous noirs, ils se ressemblent étonnamment », déclare Sera Markoff, coprésidente du Conseil scientifique de l’EHT et professeur d’astrophysique théorique. à l’Université d’Amsterdam, aux Pays-Bas. « Cela nous indique que la relativité générale régit ces objets de près, et toute différence que nous voyons plus loin doit être due à des différences dans le matériau qui entoure les trous noirs. »
Cette réalisation a été nettement plus difficile que pour M87*, même si Sgr A* est beaucoup plus proche de nous. Chi-kwan (‘CK’) Chan, scientifique de l’EHT, de l’Observatoire Steward et du Département d’Astronomie et du Data Science Institute de l’Université d’Arizona, aux États-Unis, explique : « Le gaz à proximité des trous noirs se déplace à la même vitesse – presque aussi rapide que la lumière – autour de Sgr A * et M87 *. Mais là où le gaz met des jours, voire des semaines, à orbiter autour du plus gros M87*, dans le beaucoup plus petit Sgr A*, il complète une orbite en quelques minutes seulement. Cela signifie que la luminosité et le motif du gaz autour de Sgr A * changeaient rapidement pendant que la collaboration EHT l’observait – un peu comme essayer de prendre une photo claire d’un chiot pourchassant rapidement sa queue.
Les chercheurs ont dû développer de nouveaux outils sophistiqués qui rendaient compte du mouvement du gaz autour de Sgr A*. Alors que M87 * était une cible plus facile et plus stable, avec presque toutes les images se ressemblant, ce n’était pas le cas pour Sgr A *. L’image du trou noir Sgr A* est une moyenne des différentes images extraites par l’équipe, ce qui permet de révéler pour la première fois le géant tapi au centre de notre galaxie. L’étalonnage détaillé des données a été possible grâce à l’observation des changements de luminosité en extrayant les données ALMA uniquement des observations. Une équipe dirigée par Maciek Wielgus (MPIfR) a effectué cette tâche, présentée dans l’un des quatre articles supplémentaires à la six publications majeures. L’un des responsables de cette analyse d’étalonnage détaillée était Michael Janßen (MPIfR), l’un des principaux auteurs du deuxième article de la série de publications Sgr A *. Les tests de relativité générale et les étapes vers la preuve d’un horizon des événements ont été rendus possibles en ajoutant les résultats d’autres observations compilées par Gunther Witzel (MPIfR), l’un des principaux auteurs du sixième article.Cet effort a été rendu possible grâce à l’ingéniosité de plus de 300 chercheurs de 80 instituts du monde entier qui, ensemble, forment la collaboration EHT. En plus de développer des outils complexes pour surmonter les défis de l’imagerie Sgr A*, l’équipe a travaillé avec rigueur pendant cinq ans, utilisant des superordinateurs pour combiner et analyser leurs données, tout en compilant une bibliothèque sans précédent de trous noirs simulés à comparer avec les observations.
Michael Kramer, directeur de MPIfR et co-PI du projet « Black Hole Cam », souligne que si l’image M87 était une réalisation majeure, son utilisation pour tester la gravité est limitée. Il explique : « Pour Messier 87, nous n’avions pas de connaissance a priori fiable sur la masse du trou noir. Ici, c’est très différent. Grâce à des mesures telles que celles de Reinhard Genzel, nous connaissons à la fois la distance et la masse très précisément, nous pouvons donc calculer la taille d’ombre attendue pour la comparer aux observations. Et ça tombe bien ! » Le projet « Black Hole Cam » a été financé par le Conseil européen de la recherche (ERC) et est l’un des principaux acteurs de l’EHTC.
Les scientifiques sont particulièrement ravis d’avoir enfin des images de deux trous noirs de tailles très différentes, ce qui offre l’opportunité de comprendre comment ils se comparent et s’opposent. Ils ont également commencé à utiliser les nouvelles données pour tester des théories et des modèles sur le comportement du gaz autour des trous noirs supermassifs. Ce processus n’est pas encore entièrement compris, mais on pense qu’il joue un rôle clé dans la formation et l’évolution des galaxies.
« Nous pouvons maintenant étudier les différences entre ces deux trous noirs supermassifs pour obtenir de nouveaux indices précieux sur le fonctionnement de ce processus important », déclare le scientifique de l’EHT Keiichi Asada de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica de Taipei. « Nous avons des images pour deux trous noirs – un à l’extrémité large et un à l’extrémité petite des trous noirs supermassifs dans l’Univers – nous pouvons donc aller beaucoup plus loin dans le test du comportement de la gravité dans ces environnements extrêmes que jamais auparavant. »
« Les résultats présentés aujourd’hui sont également basés sur de nombreuses années de travail conjoint de pionnier entre le MPIfR et l’IRAM. Ils complètent idéalement les résultats obtenus à l’Institut Max Planck de physique extraterrestre dans le domaine infrarouge avec l’instrument révolutionnaire GRAVITY+ », déclare Karl Schuster, directeur de l’Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM) de Grenoble, France. Les progrès de l’EHT se poursuivent : une importante campagne d’observation en mars 2022 a inclus plus de télescopes que jamais auparavant. Schuster ajoute: « Maintenant, bien sûr, nous sommes tous très excités de voir ce que les observations EHT menées en 2021 et 2022 avec la participation du puissant observatoire NOEMA vont révéler. »
L’expansion continue du réseau EHT et d’importantes mises à niveau technologiques, telles que de nouvelles améliorations de l’installation de corrélateur MPIfR, de nouveaux développements dans les systèmes d’enregistrement et dans une nouvelle génération de récepteurs testés au radiotélescope d’Effelsberg contribueront à permettre des images encore plus impressionnantes et films de trous noirs dans un futur proche.
Informations Complémentaires: Les télescopes individuels impliqués dans l’EHT en avril 2017, lorsque les observations ont été effectuées, étaient : l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), l’Atacama Pathfinder Experiment (APEX), le télescope IRAM de 30 mètres, le télescope James Clerk Maxwell (JCMT), le Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), le Submillimeter Array (SMA), le UArizona Submillimeter Telescope (SMT), le South Pole Telescope (SPT). Depuis lors, l’EHT a ajouté le télescope du Groenland (GLT), le NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) et le télescope UArizona de 12 mètres sur Kitt Peak à son réseau.
ALMA est un partenariat entre l’Observatoire européen austral (ESO ; l’Europe, représentant ses États membres), la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les Instituts nationaux des sciences naturelles (NINS) du Japon, ainsi que le Conseil national de la recherche (Canada ), le ministère des Sciences et de la Technologie (MOST ; Taïwan), l’Institut d’astronomie et d’astrophysique Academia Sinica (ASIAA ; Taïwan) et l’Institut coréen d’astronomie et des sciences spatiales (KASI ; République de Corée), en coopération avec la République du Chili. APEX, une collaboration entre l’Institut Max Planck de radioastronomie (Allemagne), l’Observatoire spatial d’Onsala (Suède) et l’ESO, est exploité par l’ESO. Le télescope de 30 mètres est exploité par l’IRAM (les organisations partenaires de l’IRAM sont MPG (Allemagne), CNRS (France) et IGN (Espagne)). 
Le JCMT est exploité par l’Observatoire d’Asie de l’Est pour le compte du Centre de méga-science astronomique de l’Académie chinoise des sciences, de l’Observatoire astronomique national du Japon, de l’ASIAA, du KASI, de l’Institut national de recherche astronomique de Thaïlande et d’organisations aux États-Unis. Royaume et Canada. Le LMT est exploité par l’INAOE et l’UMass, le SMA est exploité par le Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian et ASIAA et l’UArizona SMT sont gérés par l’Université de l’Arizona. Le SPT est exploité par l’Université de Chicago avec une instrumentation EHT spécialisée fournie par l’Université de l’Arizona. et des organisations au Royaume-Uni et au Canada. Le LMT est exploité par l’INAOE et l’UMass, le SMA est exploité par le Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian et ASIAA et l’UArizona SMT sont gérés par l’Université de l’Arizona. Le SPT est exploité par l’Université de Chicago avec une instrumentation EHT spécialisée fournie par l’Université de l’Arizona. et des organisations au Royaume-Uni et au Canada. Le LMT est exploité par l’INAOE et l’UMass, le SMA est exploité par le Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian et ASIAA et l’UArizona SMT sont gérés par l’Université de l’Arizona. Le SPT est exploité par l’Université de Chicago avec une instrumentation EHT spécialisée fournie par l’Université de l’Arizona.
Le télescope du Groenland (GLT) est exploité par l’ASIAA et le Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Le GLT fait partie du projet ALMA-Taiwan et est soutenu en partie par l’Academia Sinica (AS) et MOST. NOEMA est exploité par l’IRAM et l’Univ. Le télescope de 12 mètres de l’Arizona à Kitt Peak est exploité par l’Université de l’Arizona. 
Les trous noirs sont les seuls objets que nous connaissons dont la masse évolue avec la taille. Un trou noir mille fois plus petit qu’un autre est aussi mille fois moins massif.
Sagittaire A* en images : La 1ère photo du trou noir monstre de la Voie lactée expliquée en images
Le 12 mai 2022, des scientifiques ont dévoilé la toute première image du Sagittaire A*, le trou noir supermassif au centre de notre galaxie, la Voie lactée.
L’ image historique du Sagittaire A* (ou Sgr A* en abrégé) est une gracieuseté du télescope Event Horizon , un réseau planétaire d’observatoires mieux connu pour capturer l’horizon des événements d’un trou noir dans Messier 87 (M87) en 2019. Vous pouvez voir l’image ci-dessus.
L’image a été prise dans des ondes radio submillimétriques, révélant qu’il existe en effet un trou noir intégré au cœur de la Voie lactée , mangeant tout hydrogène gazeux disponible. L’image a également été une percée technologique massive après des années de tentative de capture de Sgr A*, qui est beaucoup plus petit que M87.
Pour atteindre la résolution angulaire nécessaire pour imager SgrA* et M87*, équivalente à l’angle minuscule auquel nous verrions une pomme sur la Lune depuis la Terre, l’EHT a utilisé un réseau de radiotélescopes s’étendant de l’Antarctique à l’Amérique du Nord via le Chili, l’Hawaï des îles et de l’Europe pour disposer de l’équivalent d’un seul instrument de la taille d’une planète fonctionnant en mode interférométrique. 
Ce qui frappe à première vue, c’est que les deux photographies de M87* et SgrA* se ressemblent beaucoup : au centre, une ombre noire, image de l’horizon des événements (nom donné, je me souviens, à la surface intangible d’un trou noir) agrandie d’un facteur 2,6 (comme je l’avais montré dans mon article de 1979, cf. fig. 6), entourée d’une couronne lumineuse jaune-orangée (en fausses couleurs), floue et avec des taches de surbrillance.
La différence la plus importante est l’apparition de trois spots distincts dans l’anneau lumineux de SgrA*, alors que l’anneau de M87 est continu avec deux reflets contigus. De même, l’ombre centrale apparaît moins ronde pour SgrA*, probablement en raison du grand nombre d’images qu’il a fallu intégrer pendant les heures d’observation.
10, 9, 8, …3, 2, 1!
Revealing the 1st image of the black hole in the center of our Galaxy by @ehtelescope!Epic zoom into the dark heart of the Milky Way using radio light. I hope you like it …#OurBlackHole #SgrABlackHole Thx: @ERC_Research @BlackHoleCam @Radboud_Uni pic.twitter.com/mPMOFQ1JMd
— Heino Falcke (@hfalcke) May 12, 2022
Un catalogue de plusieurs milliers de simulations numériques a été établi pour comparer avec les images EHT et fixer des plages de valeurs probables pour les caractéristiques physiques (angle de vue, spin, etc., voir ci-dessous) de SgrA*. Le gaz ionisé chaud tourne rapidement autour du trou noir, formant des bras en spirale qui deviennent plus brillants à leur tangence avec l’anneau de photons, où la lumière est amplifiée par une forte lentille gravitationnelle. Ce sont ces points lumineux qui s’intègrent au cours du temps, et qui donnent la structure générale des anneaux lumineux.
La première image du trou noir au cœur de la Voie lactée a été révélée
L’image historique du Sagittaire A* est l’aboutissement d’une quête astronomique de plusieurs décennies et une étape cruciale vers une nouvelle compréhension des trous noirs, de la gravité et de l’espace-temps
Le mystère au cœur de la Voie lactée a enfin été résolu. Ce matin, lors de conférences de presse simultanées à travers le monde, les astronomes de l’Event Horizon Telescope (EHT) ont dévoilé la première image de Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Ce n’est pas la première image d’un trou noir que cette collaboration nous a donnée – c’était l’image emblématique de M87* , qu’ils ont révélée le 10 avril 2019. Mais c’est celle qu’ils voulaient le plus . Le Sagittaire A* est notre propre trou noir supermassif privé, le point immobile autour duquel tourne notre galaxie.
Les scientifiques ont longtemps pensé qu’un trou noir supermassif caché au plus profond de la région centrale chaotique de notre galaxie était la seule explication possible des choses bizarres qui s’y produisent, comme des étoiles géantes qui tournent autour d’un quelque chose d’invisible dans l’espace à une fraction appréciable de la vitesse. de la lumière. Pourtant, ils ont hésité à le dire carrément. Par exemple, lorsque les astronomes Reinhard Genzel et Andrea Ghez se sont partagé une partie du prix Nobel de physique 2020 pour leurs travaux sur le Sagittaire A*, leur citation précisait qu’ils avaient été récompensés pour « la découverte d’un objet compact supermassif au centre de notre galaxie », et non la révélation d’un « trou noir ». Le temps de ce genre de prudence est révolu.Au National Press Club à Washington, DC, ce matin, Feryal Özel, professeur d’astronomie et de physique à l’Université de l’Arizona et membre du Conseil scientifique EHT, a présenté l’image, un anneau sombre encadré par trois nœuds brillants de trillion -degré de gaz. « J’ai rencontré [Sagittarius A *] il y a 20 ans et je l’ai adoré et j’ai essayé de le comprendre depuis », a déclaré Özel. « Mais jusqu’à présent, nous n’avions pas l’image directe. »
Les trous noirs emprisonnent tout ce qui tombe, y compris la lumière, ils sont donc, dans un sens très réel, invisibles. Mais ils déforment l’espace-temps autour d’eux si sévèrement que, lorsqu’ils sont illuminés par des flux lumineux de matière tombante déchiquetée dans leur emprise gravitationnelle, ils projettent une « ombre ». L’ombre est environ deux fois et demie plus grande que l’horizon des événements d’un trou noir : sa limite et sa caractéristique déterminante, la ligne dans l’espace-temps à travers laquelle rien de ce qui passe ne peut jamais revenir.
L’EHT capture des images de cette ombre à l’aide d’une technique appelée interférométrie à très longue base (VLBI), qui combine des observatoires radio sur plusieurs continents pour former un télescope virtuel de la taille de la Terre , un instrument avec la plus haute résolution de toute l’astronomie. En avril 2017, la collaboration EHT a passé plusieurs nuits à pointer cet instrument virtuel vers le Sagittaire A* et d’autres trous noirs supermassifs. Nous avons déjà vu le premier produit fini de cet effort : M87*. L’équipe a également capturé les données brutes de l’image du Sagittaire A* dans la même campagne, mais la conversion de ces observations en une image réelle a pris beaucoup plus de temps.
C’est parce que le Sagittaire A* change constamment. M87*, le trou noir au cœur de la galaxie Messier 87, ou M87, est si énorme que la matière qui tourbillonne autour de lui met plusieurs heures à parcourir une orbite complète. Concrètement, cela signifie que vous pouvez le regarder longtemps et qu’il ne changera guère. Le Sagittaire A* est plus de 1 000 fois moins massif, il change donc environ 1 000 fois plus vite, car la matière se déplace sur des orbites plus serrées et plus rapides autour du trou noir. Katie Bouman, informaticienne et astronome du California Institute of Technology qui co-dirige le groupe de travail sur l’imagerie de l’EHT, a déclaré que la matière orbite le Sagittaire A* si rapidement qu’elle change « de minute en minute ». Imaginez que vous preniez une photo accélérée d’une balle qui roule à grande vitesse, ce n’est pas facile.
Si la nature mercurielle du Sagittaire A* le rendait difficile à voir, cela en fait également un laboratoire passionnant pour les futures études sur les trous noirs et la théorie générale de la relativité d’Einstein, sa théorie sacrée de la gravité. Grâce à des décennies d’études avec toutes sortes de télescopes, les astronomes connaissaient déjà les mesures de base du Sagittaire A* (sa masse, son diamètre et sa distance à la Terre) avec une grande précision. Maintenant, enfin, ils ont acquis la capacité de le regarder évoluer – de le regarder se nourrir de flux de matière flamboyants et clignotants – en temps réel.
Lever un voile à plusieurs couches
Les scientifiques ont commencé à soupçonner qu’un trou noir se cachait au cœur de la Voie lactée au début des années 1960, peu de temps après la découverte de noyaux galactiques actifs – des régions extrêmement brillantes au cœur de certaines galaxies éclairées par des trous noirs supermassifs nourris avec voracité. De notre point de vue ici sur Terre, les noyaux galactiques actifs appartiennent au passé – nous ne les voyons que dans l’univers lointain. Où sont-ils tous allés ? En 1969, l’astrophysicien anglais Donald Lynden-Bell a soutenu qu’ils n’allaient nulle part. Au lieu de cela, a-t-il dit, ils se sont simplement endormis après leurs repas copieux – des trous noirs supermassifs dormants, a-t-il prédit, sommeillent tout autour de nous au cœur des galaxies spirales, y compris la nôtre.
En 1974, les astronomes américains Bruce Balick et Robert Brown ont pointé des radiotélescopes à Green Bank, W. Va., au centre de la Voie lactée et ont découvert une tache sombre qu’ils soupçonnaient d’être le trou noir central de notre galaxie. Ils ont trouvé la tache dans une tranche de ciel connue sous le nom de Sagittaire A. Le rayonnement de la nouvelle source éclairait – ou « excitait » – des nuages d’hydrogène environnants. Brown a emprunté à la nomenclature de la physique atomique, dans laquelle les atomes excités sont marqués d’un astérisque, et a nommé la nouvelle tache Sagittarius A*.
Le Sagittaire A* est dissimulé par un voile multicouche. La première couche est le plan galactique – 26 000 années-lumière de gaz et de poussière qui bloquent la lumière visible. Les ondes radio traversent le plan galactique sans entrave, mais elles sont obscurcies par la deuxième couche du voile – l’écran de diffusion, une zone turbulente de l’espace où les variations de densité dans le milieu interstellaire déroutent légèrement les ondes radio. La couche finale cachant le Sagittaire A* est la matière effacée entourant le trou noir lui-même. Regarder à travers cette barrière, c’est un peu comme peler la peau d’un oignon. Les couches externes émettent une lumière de longueur d’onde plus longue, donc faire fonctionner VLBI avec une lumière de longueur d’onde plus courte permettrait des vues plus rapprochées s’approchant de l’horizon des événements du trou noir. Il s’agissait toutefois d’un défi technologique majeur.
Entre-temps, la situation des radioastronomes s’est améliorée. À la fin des années 1990 et au début des années 2000, une nouvelle génération de radiotélescopes à haute fréquence a commencé à être mise en ligne – des télescopes qui, s’ils étaient complétés par de nombreux équipements sur mesure, pourraient participer aux observations VLBI aux fréquences micro-ondes censées briller du bord du Sagittaire A L’ombre de *. Dans le même temps, la révolution informatique qui a conduit à des disques durs à semi-conducteurs et à des smartphones dans toutes les poches a considérablement augmenté la quantité de données que chaque observatoire d’un réseau de radiotélescopes pouvait enregistrer et traiter.
En 2007, un petit précurseur de l’EHT a profité de ces tendances et a utilisé un trio de télescopes à Hawaï, en Californie et au Nouveau-Mexique pour percer le voile entourant le Sagittaire A*. Ils étaient loin de faire une image, mais ils ont vu quelque chose .
Une demi-décennie plus tard, quelques dizaines d’astronomes et d’astrophysiciens travaillant dans ce coin obscur de l’astronomie se sont mis d’accord sur l’objectif formel de construire un radiotélescope virtuel à l’échelle de la planète pour observer cette ombre. La première réunion officielle de lancement du projet a eu lieu en janvier 2012 et l’EHT est né.
Première image d’un trou noir au cœur de la Voie lactée
Une collaboration mondiale pionnière dirigée par Harvard dévoile le dernier portrait, renforçant la compréhension de la relativité et de la gravité
Une équipe internationale d’astronomes dirigée par des scientifiques du Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian, qui ont produit la première image directe d’un trou noir il y a trois ans, ont maintenant produit un portrait d’une seconde, cette fois un aperçu très attendu d’un trou noir au cœur de la Voie lactée .
La nouvelle image a été capturée par des chercheurs de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) qui ont dévoilé leur première image en 2019. Le groupe a ciblé les deux trous noirs au départ mais a concentré son attention sur un à la fois, en raison d’une différence de complexité. des deux projets.
« C’est notre trou noir supermassif », a déclaré Peter Galison, directeur de la Black Hole Initiative de Harvard, membre de l’équipe EHT et professeur de l’Université Joseph Pellegrino en histoire des sciences et de la physique. « C’est au centre de l’endroit où nous vivons. »
L’image de cet objet connu sous le nom d’étoile A du Sagittaire, souvent appelée Sgr A* (prononcé sadge-ay-star), montre le signe révélateur d’un trou noir, comme l’a fait le précédent dans la galaxie Messier 87 (M87) : un anneau lumineux de matière incandescente super chaude encerclant un centre sombre si dense et sans fond que même la lumière ne peut s’échapper. La façon dont la lumière se courbe autour du centre sombre, connu sous le nom d’horizon des événements, montre la puissante gravité de l’objet, qui est quatre millions de fois celle de notre soleil.
La nouvelle image, décrite aujourd’hui dans un numéro spécial de The Astrophysical Journal Letters, fournit la première preuve visuelle directe que le géant qui se cache à 27 000 années-lumière au centre de la galaxie terrestre est, en fait, un trou noir supermassif. Cela renforce également les théories sur l’endroit où ces monstres cosmiques existent et peut aider à expliquer comment les galaxies se forment.
« Avoir vu cet anneau brillant autour de l’obscurité d’un trou noir une fois était étonnant, mais l’ayant maintenant vu deux fois, nous commençons à vraiment avoir confiance en ce que nous voyons et qu’au centre des galaxies se trouvent ces énormes trous noirs qui sont des millions voire des milliards de fois la masse du soleil », a déclaré Galison.
Les membres du projet EHT ont dévoilé la photo au National Press Club à Washington, DC, peu après 9 h HNE, en synchronisation avec six autres conférences de presse dans des villes du monde entier.
Lors de la conférence de presse à DC, Michael Johnson, astrophysicien au CfA et membre éminent de l’EHT, a déclaré que l’une des principales leçons du projet était que le trou noir au centre de la Voie lactée ne semble pas tirer dans autant de matériaux que d’autres, ce qui rend l’environnement plus relativement stable.
« Alors que M87 avait l’un des plus grands trous noirs de l’univers et qu’il lance un jet qui perce toute sa galaxie, Sgr A * nous donne une vue sur l’état beaucoup plus standard des trous noirs, calmes et inactifs », a déclaré Johnson.
La boursière Einstein de la NASA au CfA Sara Issaoun a travaillé sur les observations et l’imagerie pour l’équipe EHT et a discuté de l’image lors de la conférence de presse européenne en Allemagne. Elle a déclaré que la nouvelle image révèle certains détails clés sur le trou noir qui étaient auparavant inconnus, notamment qu’un côté du trou noir fait presque directement face à la Terre.
« Ces propriétés, cette connaissance des propriétés fondamentales du trou noir nous aideront à étudier l’astrophysique du trou noir plus en détail plus tard », a déclaré Issaoun.
Issaoun a également souligné que la nouvelle vision cimente davantage les théories d’Einstein sur la gravité et la relativité.
« La chose intéressante à propos de Sgr A * est que nous connaissons sa masse avec une grande précision, nous savons donc exactement ce que la théorie de la relativité d’Einstein devrait prédire pour la taille de l’ombre au centre – environ 50 micro-secondes d’arc en taille angulaire ou 60 millions kilomètres de diamètre », a déclaré Issaoun. « C’est ce que nous avons mesuré dans notre image. »
Les chercheurs ont produit l’image avec les observations du télescope Event Horizon, un réseau mondial de radiotélescopes qui se relient pour former un seul instrument virtuel de la taille de la Terre. En avril 2017, huit observatoires radio situés sur six montagnes sur quatre continents ont observé pendant 10 jours une paire de trous noirs – Sgr A * et un second situé au cœur de la galaxie elliptique M87.
De ces données d’observation, qui ont ensuite été broyées par des algorithmes de superordinateurs, est née l’image du trou noir M87 ainsi que celle qui vient d’être publiée.
Les deux images peuvent désormais être comparées pour obtenir des informations précieuses sur le fonctionnement interne de ces géantes supermassives et sur la manière dont elles interagissent avec leur environnement, un processus censé jouer un rôle clé dans la formation et l’évolution des galaxies.
M87 se trouve à 55 millions d’années-lumière dans l’amas de la galaxie de la Vierge et a une masse d’environ 6,5 milliards de fois celle de notre soleil. Le cercle brillant de gaz et de poussière qui s’accumule et tourbillonne autour de lui est connu sous le nom de disque d’accrétion. Il faut plusieurs jours pour orbiter autour de cet objet gargantuesque. Cela signifie que lorsque l’équipe EHT braque ses télescopes dessus pendant des heures – en utilisant une technique appelée interférométrie à très longue ligne de base qui fonctionne comme la prise d’une image à longue exposition sur un appareil photo – tout changement apparaît très progressivement.
Le Sgr A*, en revanche, est plutôt petit. S’il avait la taille d’un beignet, M87 aurait la taille d’un stade de football, a déclaré Issaoun lors de la conférence de presse en Allemagne. Cela signifie que le gaz surchauffé, qui se déplace à une vitesse proche de la lumière et met des jours à orbiter M87, ne prend que quelques minutes pour orbiter Sgr A *, c’est pourquoi il y a tellement de flou de mouvement dans l’image.
« L’analogie serait si vous avez un adulte qui se fait prendre en photo avec une longue exposition, et qu’il est juste assis immobile. C’est M87 », a déclaré Issaoun. « Pour Sgr A*, vous avez un tout-petit qui court et vous essayez d’obtenir son portrait avec l’appareil photo à longue exposition. Vous allez juste avoir un tas de flou partout.
De plus, il y a un nuage géant de gaz ionisé entre la Terre et le centre galactique, qui déforme les images que l’EHT prend de Sgr A,* qui se trouve dans la région centrale de la Voie lactée.
« Nous examinons notre propre centre galactique à travers une soupe interstellaire de toute la poussière et du gaz entre nous », a déclaré Daniel Palumbo, un étudiant diplômé de Harvard au CfA qui a travaillé sur l’analyse des données. « Ce matériau diffuse la lumière que nous observons depuis Sgr A*. C’est comme regarder quelque chose à travers du verre dépoli.
« C’est notre trou noir supermassif. C’est au centre de l’endroit où nous vivons.— Peter Galison, directeur de la Black Hole Initiative de Harvard
Voyant toutes ces difficultés, l’équipe d’Event Horizon s’est d’abord concentrée sur les données de M87 avant de porter toute leur attention sur celles de Sgr A*.
Au final, les chercheurs ont pu produire leur image finale, qui n’est pas une seule image mais la moyenne de milliers d’images créées à l’aide de différentes méthodes de calcul pour rendre compte du mouvement du gaz.
Les images individuelles ont montré de nombreuses structures différentes qui ont mis en évidence l’incertitude dans les méthodes de calcul de l’apparence en évolution rapide de Sgr A *, y compris tous les mouvements et les éruptions de plasma qui l’accompagnent. L’image moyennée conserve les caractéristiques les plus fréquemment observées dans les images variées et supprime les caractéristiques qui sont apparues moins fréquemment.« Nous voulions savoir comment mesurer la structure de l’anneau à partir de toutes ces images possibles », a déclaré Razieh Emami, chercheur postdoctoral au CfA qui a effectué des mesures précises de l’anneau et travaillé pour combiner les données de plusieurs nuits d’observations dans le seul image finale publiée jeudi.
Le fait qu’il existe maintenant des images de deux trous noirs de tailles très différentes est particulièrement excitant pour les astronomes, et ils ont déjà commencé à utiliser les nouvelles données pour tester des théories et des modèles sur le comportement du gaz autour des trous noirs supermassifs. Il marque également une réalisation collaborative monumentale pour l’EHT, composé de plus de 300 chercheurs de 80 instituts du monde entier et de 11 observatoires.
« L’analogie serait si vous avez un adulte qui se fait prendre en photo avec une longue exposition, et qu’il est juste assis immobile. C’est M87. Pour Sgr A*, vous avez un bambin qui court partout… Vous allez juste avoir un tas de flou partout.— Sara Issaoun, boursière NASA Einstein au CfA
Une grande partie du travail est basée sur le campus de Harvard avec des dizaines d’astronomes, de boursiers postdoctoraux, d’étudiants diplômés et d’étudiants de premier cycle à la Black Hole Initiative et à la CfA.
« Grâce à l’expertise interdisciplinaire du Smithsonian, de Harvard et du Center for Astrophysics, notre grand groupe ici est devenu le centre de gravité de ce projet visionnaire et un incubateur de découvertes au cours de la prochaine décennie », a déclaré le scientifique CfA Sheperd Doeleman, fondateur directeur de l’EHT et co-directeur de la Black Hole Initiative.
Le travail d’étude de ces géants est loin d’être terminé. Les membres du groupe disent qu’ils étudient maintenant un projet EHT (ngEHT) de nouvelle génération : la capture vidéo d’un trou noir. Le projet impliquera la conception d’une nouvelle instrumentation ultra-rapide et un plan visant à doubler le nombre d’antennes paraboliques dans le réseau EHT qui permettra aux scientifiques « de créer une caméra cinématographique de la taille de la Terre » qui « apportera des trous noirs à la vie vibrante ». », a déclaré Doeleman, qui dirige également le projet ngEHT.
« Nous savons qu’il y a plus à voir ici », a déclaré Johnson. « Nous savons qu’il existe des caractéristiques pointues qui sont des prédictions précises de la relativité générale. C’est ainsi que nous pouvons pousser nos théories plus loin. Nous espérons ajouter ces nouveaux télescopes dans le monde entier et être en mesure de vraiment creuser dans ces caractéristiques nettes et de pouvoir voir ces films en haute résolution.
Un panel distinct de scientifiques du CfA participera à un panel public de questions-réponses à 15 h HAE aujourd’hui, qui sera diffusé en direct sur les pages Facebook et YouTube du CfA . Lundi à 17h15 au Harvard Science Center, Hall C, il y aura un événement public spécial avec des membres de l’équipe EHT de Harvard discutant des résultats.
Zoom sur les premiers résultats Sgr A* du télescope Event Horizon
Nous présentons la première image du trou noir du centre galactique, Sagittarius A*. Identifié il y a près de 50 ans comme le candidat trou noir supermassif le plus proche et parmi les objets astrophysiques les plus étudiés, Sgr A* est le laboratoire ultime de l’astrophysique des trous noirs. Dans six articles, l’Event Horizon Telescope Collaboration présente des observations, des images et des analyses qui suscitent de nouvelles connaissances sur l’accrétion, l’écoulement et la physique gravitationnelle à des échelles inaccessibles par aucune autre observation. Ces résultats sont l’aboutissement d’un effort pluriannuel de l’EHTC et d’un voyage de plusieurs décennies de la communauté astronomique pour approcher l’horizon des événements grâce à l’imagerie haute résolution.
L’image Sgr A* (Figure 1) révèle la même structure annulaire et la même ombre que celles observées dans le trou noir M87*. L’anneau observé est le résultat d’une émission lentille d’un diamètre prédit avec précision par la relativité générale en utilisant uniquement la masse et la distance du trou noir. Par une coïncidence cosmique, le diamètre angulaire observé de Sgr A* ne diffère que légèrement de celui de M87*, qui est 1500 fois plus massif et 2000 fois plus éloigné. Ensemble, les résultats de Sgr A* et M87* établissent que les anneaux à lentilles sont des caractéristiques universelles des trous noirs et que la relativité générale peut le prédire de manière cohérente sur trois ordres de grandeur de masse de trou noir.
La masse inférieure et, par conséquent, l’échelle dynamique plus courte de Sgr A * ont introduit une complexité significative dans l’imagerie et l’analyse de ces données EHT (articles II, III et IV). La période orbitale à l’orbite circulaire stable la plus interne est de 30 minutes ou moins, nettement plus courte que l’observation de 12 heures que nous utiliserions idéalement pour obtenir une image de synthèse de la rotation de la Terre. De plus, l’image de Sgr A * est partiellement floue par un plasma turbulent le long de la ligne de visée vers le centre galactique, un effet qui empêche la résolution de l’anneau à des longueurs d’onde plus longues. La collaboration a utilisé un certain nombre de techniques traditionnelles et nouvelles pour évaluer et corriger ces effets. Dans toutes les techniques, nous démontrons des preuves très solides d’un anneau d’un diamètre de 52 microsecondes d’arc.
L’association des résultats EHT avec des contraintes multi-longueurs d’onde étendues fournit une sonde puissante de la physique de l’accrétion et de l’écoulement (Paper V). Malgré la profondeur et la portée extraordinaires des simulations théoriques produites dans nos analyses, aucun des modèles ne répond à toutes les contraintes d’observation. La variabilité se distingue comme fournissant des critères particulièrement difficiles à respecter dans les futurs efforts de modélisation. Les disques à arrêt magnétique à faible angle d’inclinaison font partie des modèles les plus performants.
L’astrométrie infrarouge des orbites stellaires limite la masse, la distance et, par conséquent, le diamètre de l’anneau de Sgr A* à une précision d’environ 1 %, permettant des explorations de précision de la physique gravitationnelle (article VI). Nous trouvons une cohérence remarquable avec un trou noir décrit par la métrique de Kerr et incluant un véritable horizon des événements.
Ces observations ont été obtenues par un réseau mondial de télescopes à longueur d’onde millimétrique en avril 2017 et analysées par une équipe de recherche internationale qui compte désormais plus de 300 personnes. Depuis ces observations, l’EHT a continué d’observer et de développer ses capacités grâce à l’ajout de nouvelles stations, à l’élargissement de la bande passante et à l’introduction d’une capacité de fréquence plus élevée. Les observations existantes et nouvelles avec l’EHT de Sgr A* et M87*, associées à des innovations dans l’analyse et la modélisation théorique, conduiront à la découverte dans ces laboratoires uniques pour la physique des trous noirs.
https://www.space.com/milky-way-black-hole-sagittarius-a-pictures
https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results
https://eventhorizontelescope.org/blog/astronomers-reveal-first-image-black-hole-heart-our-galaxy