Le trou noir au centre de notre galaxie fait l’objet d’une nouvelle image révolutionnaire de la collaboration Event Horizon Telescope.
Alors que le télescope Event Horizon collectait des données pour sa nouvelle image remarquable du trou noir supermassif de la Voie lactée, une légion d’autres télescopes, dont trois observatoires à rayons X de la NASA dans l’espace, observaient également.
Les astronomes utilisent ces observations pour en savoir plus sur la façon dont le trou noir au centre de la galaxie de la Voie lactée – connu sous le nom de Sagittaire A * (Sgr A * en abrégé) – interagit avec son environnement et se nourrit de son environnement à quelque 27 000 années-lumière de la Terre .
Lorsque le télescope Event Horizon (EHT) a observé Sgr A * en avril 2017 pour créer la nouvelle image, les scientifiques de la collaboration ont également scruté le même trou noir avec des installations qui détectent différentes longueurs d’onde de lumière. Dans cette campagne d’observation à plusieurs longueurs d’onde, ils ont rassemblé des données de rayons X provenant de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA, du réseau de télescopes nucléaires spectroscopiques (NuSTAR) et de l’observatoire Neil Gehrels Swift ; les données radio du réseau d’interféromètres à très longue base (VLBI) d’Asie de l’Est et du réseau VLBI mondial de 3 millimètres ; et les données infrarouges du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral au Chili.
« Le télescope Event Horizon a capturé une autre image remarquable, cette fois du trou noir géant au centre de notre propre galaxie », a déclaré l’administrateur de la NASA, Bill Nelson. « Regarder de plus près ce trou noir nous aidera à en savoir plus sur ses effets cosmiques sur son environnement, et illustre la collaboration internationale qui nous transportera dans le futur et révélera des découvertes que nous n’aurions jamais pu imaginer. »
L’un des objectifs importants était d’attraper les éruptions de rayons X, qui seraient entraînées par des processus magnétiques similaires à ceux observés sur le soleil, mais qui peuvent être des dizaines de millions de fois plus puissants. Ces éruptions se produisent environ quotidiennement dans la zone de ciel observée par l’EHT, une région légèrement plus grande que l’horizon des événements de Sgr A*, le point de non-retour pour la matière tombant vers l’intérieur. Un autre objectif était d’avoir un aperçu critique de ce qui se passe à plus grande échelle. Alors que le résultat EHT montre des similitudes frappantes entre Sgr A* et le précédent trou noir qu’il a imagé, M87*, l’image plus large est beaucoup plus complexe.
« Si la nouvelle image EHT nous montre l’œil d’un ouragan de trou noir, alors ces observations à plusieurs longueurs d’onde révèlent des vents et des pluies équivalents à des centaines, voire des milliers de kilomètres au-delà », a déclaré Daryl Haggard de l’Université McGill à Montréal, au Canada, qui est l’un des des scientifiques principaux de la campagne multi-longueur d’onde. « Comment cette tempête cosmique interagit-elle avec et même perturbe-t-elle son environnement galactique ? »
L’une des plus grandes questions en cours concernant les trous noirs est de savoir exactement comment ils collectent, ingèrent ou même expulsent les matériaux qui les orbitent à une vitesse proche de la lumière, dans un processus appelé « accrétion ». Ce processus est fondamental pour la formation et la croissance des planètes, des étoiles et des trous noirs de toutes tailles, dans tout l’univers.
Les images Chandra de gaz chaud autour de Sgr A* sont cruciales pour les études d’accrétion, car elles nous indiquent la quantité de matière capturée par les étoiles proches par la gravité du trou noir, ainsi que la quantité qui parvient à se rapprocher de l’horizon des événements. Cette information critique n’est disponible avec les télescopes actuels pour aucun autre trou noir dans l’univers, y compris M87*.
« Les astronomes peuvent être largement d’accord sur les bases, à savoir que les trous noirs sont entourés de matière tourbillonnante et qu’une partie tombe à jamais à travers l’horizon des événements », a déclaré Sera Markoff de l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas, une autre coordinatrice des observations à plusieurs longueurs d’onde. « Avec toutes les données que nous avons recueillies pour Sgr A*, nous pouvons aller beaucoup plus loin que cette image de base. »
Les scientifiques de la grande collaboration internationale ont comparé les données des missions à haute énergie de la NASA et des autres télescopes à des modèles informatiques de pointe qui tiennent compte de facteurs tels que la théorie de la relativité générale d’Einstein, les effets des champs magnétiques et les prédictions de quelle quantité de rayonnement le matériau autour du trou noir devrait générer à différentes longueurs d’onde.
La comparaison des modèles avec les mesures donne des indices que le champ magnétique autour du trou noir est fort et que l’angle entre la ligne de visée du trou noir et son axe de rotation est faible – moins d’environ 30 degrés. Si cela est confirmé, cela signifie que de notre point de vue, nous regardons plus haut Sgr A * et son anneau que nous ne le sommes de côté, étonnamment similaire à la première cible d’EHT, M87 *.
« Aucun de nos modèles ne correspond parfaitement aux données, mais nous disposons désormais d’informations plus spécifiques sur lesquelles travailler », a déclaré Kazuhiro Hada de l’Observatoire astronomique national du Japon. « Plus nous aurons de données, plus nos modèles seront précis et, en fin de compte, notre compréhension de l’accrétion des trous noirs. »
Les chercheurs ont également réussi à capturer des éruptions de rayons X – ou des explosions – de Sgr A * lors des observations EHT : une faible vue avec Chandra et Swift, et une modérément brillante vue avec Chandra et NuSTAR. Des éruptions X d’une luminosité similaire à celle-ci sont régulièrement observées avec Chandra, mais c’est la première fois que l’EHT observe simultanément Sgr A*, offrant une opportunité extraordinaire d’identifier le mécanisme responsable à partir d’images réelles.
L’intensité et la variabilité des ondes millimétriques observées avec l’EHT augmentent dans les quelques heures qui suivent immédiatement l’éruption de rayons X plus brillante, un phénomène non observé dans les observations millimétriques quelques jours plus tôt. L’analyse et l’interprétation des données EHT immédiatement après l’éruption feront l’objet de publications futures.
Les résultats de l’équipe EHT sont publiés le 12 mai dans un numéro spécial de Les lettres du journal astrophysique. Les résultats multi-longueurs d’onde sont principalement décrits dans les articles II et V.