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Posté par Michel le Jeudi 01/11/2012 à 12:00
Un trou noir supermassif souffle une bulle géante de gaz chaud
Utilisant le nouveau radiotélescope européen Low Frequency Array LOFAR, les astronomes - dont ceux de l'Observatoire de Paris, de l'Observatoire de la Côte d'Azur et du CNRS - ont obtenu l'une des meilleures images jamais réalisées d'une bulle géante de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...) chaud soufflée par un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de masses solaires. C'est le type de trou noir le plus grand, après le -- encore hypothétique -- trou...). Le cliché montre comme un gigantesque ballon rempli de plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma...) émetteur d'ondes basses fréquences. Ses dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou...) dépassent celles d'une galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...) entière, telle que la nôtre, observée dans le visible.


Image en fausses couleurs de la galaxie M 87.
La lumière visible apparaît en blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en...) et bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à...) (données Sloan Digital Sky Survey SDSS).
L'émission radio enregistrée par LOFAR est codée en jaune-orangé.
Au centre, l'émission radio très intense provient du jets de particules propulsé par le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré du...) supermassif.

Les trous noirs sont des objets si massifs qu'ils attirent toute matière et lumière. Certains sont actifs et absorbent du gaz et des étoiles de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...). Cependant, une partie de cette matière ne tombe pas dans l'astre. Elle est expulsée en jets de particules, accélérées à des vitesses proches de celle de la lumière. Lorsque les jets ralentissent, ils créent une bulle de gaz chaud, qui peut aller jusqu'à englober la galaxie-hôte. Invisible aux télescopes optiques, cette émission diffuse est extrêmement lumineuse dans le registre des ondes radio basses fréquences utilisées, entre 20 et 160 mégahertz (MHz), soit des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) comprises entre 2 et 15 mètres.

Le télescope LOFAR utilise près de 50 000 antennes très simples (dipôles) réparties en une cinquantaine de stations aux Pays-Bas, en Allemagne, au Royaume-Uni, en Suède et en France (station de radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes radio. C'est une science relativement jeune qui a fait ses débuts dans les années 1930.) de Nançay, unité de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir...) et du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), Cher, région Centre, près d'Orléans). Cet instrument unique est ainsi déployé sur des distances qui atteignent, parfois, plus de mille kilomètres.

Le résultat publié dans la revue européenne Astronomy & Astrophysics souligne le potentiel du réseau de LOFAR. Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de...) montrent les liens qui unissent le trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de la radiation de...) central super-massif, la galaxie qui l'héberge et leur environnement. Comme les espèces vivantes en symbiose (La symbiose est une association intime et durable entre deux organismes hétérospécifiques (espèces différentes), parfois plus. Les organismes sont qualifiés de symbiotes, ou, plus rarement symbiontes ; le plus gros...), une galaxie et son trou noir mènent une existence intimement liée. La galaxie et son environnement alimentent le trou noir en gaz. En retour le trou noir renvoie de l'énergie, sous forme de puissants jets de particules, réchauffant la matière environnante. Les scénarios récents de formation de galaxies suggèrent que ce processus contrôle en réalité la formation d'étoiles dans les amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle plutôt de groupe de galaxies,...).

L'image a été obtenue pendant la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de tests préliminaires du radiotélescope LOFAR. Il s'est agi de pointer - en combinant numériquement les différents signaux reçus, non pas en orientant physiquement les antennes - la galaxie elliptique géante Messier 87 qui domine au centre de l'amas de galaxies de la Vierge. Celle-ci est 2000 fois plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) que la Voie lactée et abrite en son sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier...) l'un des plus gros trous noirs connus, ayant une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) atteignant près de six milliards de soleils (Soleils est une association à but humanitaire implantée sur le campus de Supélec (École Supérieure d'Electricité).). Il engloutit l'équivalent de la masse de la planète Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) en quelques minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...). Cette matière est convertie, pour l'essentiel, en jets de particules ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT), autrement dit un moyen de transport automatique collectif léger permettant de se...) rapides et, pour le restant, en rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) intense. Ces observations illustrent la violence des interactions entre les trous noirs supermassifs et leur environnement.

Collaboration

Ces travaux ont été menés par Francesco de Gasperin, du Max Planck Institute for Astrophysics Garching (Allemagne). Les coauteurs français sont: Cyril Tasse chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de...) postdoctoral à l'Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et...), Chiara Ferrari ( Automobiles et motos Ferrari, constructeur automobile italien dont le nom provient de son fondateur Enzo Ferrari. Scuderia Ferrari, l'écurie de...) astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) adjointe à l'Observatoire de la Côte d'Azur, et Wim van Driel astronome à l'Observatoire de Paris.

LOFAR en Europe et en France

Le Low Frequency Array LOFAR est un instrument innovant capable de détecter les ondes radio avec des longueurs d'ondes allant jusqu'à 30 mètres. Celles-ci sont émises dans l'espace lointain par des objets exotiques tels que trous noirs, étoiles à neutrons en rotation et supernovae. Pour les détecter, on utilise des milliers d'antennes réparties dans toute l'Europe et combine les signaux dans un supercalculateur basé aux Pays-Bas. Une centaine de gigabits de données par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature...) sont analysés en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel afin de fournir les images les plus détaillées jamais réalisées dans ce nouveau domaine.

L'utilisation est coordonnée par l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for...) néerlandais de radioastronomie Astron pour un consortium composé des Pays-Bas, d'Allemagne, du Royaume-Uni, de la Suède et de la France. L'Observatoire de Paris (1), l'Observatoire de la Côte d'Azur (2), le CNRS à Orléans (3) et la station de radioastronomie de Nançay (Cher, région Centre) sont directement impliqués dans la mise en oeuvre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...). En particulier, ils participent à l'exploitation scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) des relevés extragalactiques et de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) transitoire. Le système logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement, regroupées sous forme de programmes, des...) de construction d'image, équivalent d'une optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un front d'onde grâce à un...) numérique, est une pièce maîtresse de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) très avancée indispensable au bon fonctionnement de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...). Il a été presque entièrement conçu à l'Observatoire de Paris (site de Meudon). Beaucoup de solutions instrumentales et numériques développées dans le cadre seront vitales (Les Vitales sont un ordre de plantes dicotylédones. Cet ordre a été réintroduit dans la Angiosperm Phylogeny Website et ne comprend...) pour les futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) projets de radiotélescopes mondiaux comme le Square Kilometre Array SKA.

Super station

En parallèle, cinq laboratoires de l'Observatoire de Paris et du CNRS (Orléans), en collaboration avec d'autres équipes européennes, ont développé un concept de "super station LOFAR". Il s'agit d'une extension géante de la partie basse fréquence, à Nançay, qui pourra être utilisée conjointement avec LOFAR ou comme un instrument autonome, avec comme atout majeur une très grande sensibilité instantanée. L'étude a été réalisée dans le cadre d'un contrat ANR. Le prototype construit à l'été 2012 est en test sur le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.). Les financements pour la construction de l'instrument - surnommé NenuFAR - sont activement recherchés.


Notes:

(1) Le laboratoire Galaxies, Étoiles, Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) et Instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) GEPI est un département scientifique de l’Observatoire de Paris. Il est associé au CNRS et à l’Université Paris Diderot.

(2) Le laboratoire Lagrange est une unité conjointe du CNRS, de l’Observatoire de la Côte d’Azur et de l’Université de Nice Sophia-Antipolis.

(3) Le Laboratoire de Physique et Chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) de l’Environnement et de l’Espace LPC2E est une unité mixte de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) du CNRS et de l’Université d’Orléans. Il associé à l’Observatoire des Sciences de l’Univers en Région Centre OSUC.


Référence:

L'étude M 87 at metre wavelengths: the LOFAR picture est parue dans Astronomy & Astrophysics


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