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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 (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence principale....) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) 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 quark-gluon est un plasma qui...) 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 bien son diamètre si c'est...) 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...) entière, telle que la nôtre, observée dans le visible.


Image en fausses couleurs de la galaxie M 87.
La lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.) 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...) (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 (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...) supermassif.

Les trous noirs sont des objets si massifs qu'ils attirent toute matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) et lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...). 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 actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre...). 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 (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant...) 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 (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,...) 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 mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...).

Le résultat publié dans la revue européenne Astronomy & Astrophysics souligne le potentiel du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) de LOFAR. Ces observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) montrent les liens qui unissent le trou noir central super-massif, la galaxie qui l'héberge et leur environnement. Comme les espèces vivantes en symbiose, 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), sous forme de puissants jets de particules, réchauffant la matière environnante. Les scénarios récents de formation de galaxies suggèrent que ce processus contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) 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 (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises par les astres. Les radiotélescopes sont utilisés, en fonction des...) 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 (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle...) 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...) 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...) 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 (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par...) 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...) rapides et, pour le restant, en rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par...) 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 chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et...) postdoctoral à l'Observatoire de Paris, Chiara Ferrari ( Automobiles et motos Ferrari, constructeur automobile italien dont le nom provient de son fondateur Enzo Ferrari. Scuderia Ferrari, l'écurie de course du constructeur. Ferrari, constructeur italien de motocyclettes....) 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 (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) 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 identique. La seconde est...) 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 diversité de...). 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...) 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 miroir...) numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et échantillonnée, par opposition à une information dite « analogique » qui est...), 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...). 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 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 (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on...), 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 physique désigne 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et...) 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...) 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 extension métonymique, la...) 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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