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Posté par Adrien le Vendredi 21/06/2013 à 00:00
Une surprise poussiéreuse autour d'un trou noir géant
L'interféromètre du Très Grand Télescope de l'ESO a réalisé l'image la plus détaillée à ce jour de la poussière qui entoure un vaste trou noir situé au centre d'une galaxie active. Les astronomes s'attendaient à ce que toute la poussière rougeoyante se situe dans un tore (Le terme tore a essentiellement deux acceptions distinctes, suivant les usages :) en forme de beignet autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) du 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...) ; ils ont en réalité découvert qu'une grande partie de la poussière se trouve au dessus et en dessous du tore. Ces observations montrent que la poussière est éjectée du trou noir à la manière d'un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...) frais - une découverte surprenante qui défie les théories actuelles et nous renseigne sur l'évolution des trous noirs supermassifs et leurs interactions avec 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....).


Cette vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) montre l'environnement du 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...) qui occupe le centre de la 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 Galaxie, cette fois au singulier.) active NGC 3783 dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par...) australe du Centaure. De nouvelles observations effectuées au moyen de l'Interféromètre du Très Grand Télescope de l'Observatoire de Paranal de l'ESO au Chili ont révélé, non seulement l'existence d'un anneau de poussière chaude autour du trou noir, mais également celle d'un flux de matière froide dans les régions polaires. Cliquer sur l'image pour agrandir.

Ces vingt dernières années, les astronomes ont découvert que la plupart des galaxies abritent un vaste trou noir en leur centre. Certains de ces trous noirs croissent en aspirant la matière qui les environne, créant par là-même les objets les plus énergétiques de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.): les noyaux actifs de galaxies (AGN). Les régions centrales de ces objets très lumineux sont entourées d'anneaux de poussière cosmique (1) arrachée de l'espace environnant, semblables aux petits tourbillons que l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) forme autour de la bonde d'un évier. On pensait jusqu'à présent que la majorité du rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.) issu des AGN provenait de ces anneaux.

Mais de nouvelles observations d'une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) active proche appelée NGC 3783, exploitant toute la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de l'Interféromètre du Très Grand Télescope (VLTI) de l'Observatoire de Paranal de l'ESO au Chili (2), ont suscité la surprise parmi une équipe d'astronomes. La poussière chaude - d'une température comprise entre 700 et 1000 degrés Celsius - se constitue bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son. Grandeur sans dimension en dehors...) et bien en tore autour du trou noir, mais de grandes quantités de poussière plus froide se trouvent également en dessous et au dessus de ce tore principal (3).

Comme l'explique Sebastian Hönig (Université de Californie à Santa Barbara, USA et Université Christian Albrechts de Kiel, Allemagne), auteur principal de l'article exposant (Exposant peut signifier:) les nouveaux résultats: « Pour la toute première fois, nous avons été capables de combiner des observations détaillées, dans l'infrarouge moyen, de la poussière froide qui entoure un AGN avec des observations tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) aussi détaillées de la poussière très chaude. Il s'agit également du plus grand échantillon de données interférométriques acquises pour un AGN dans le domaine infrarouge publiées à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) ».

La poussière nouvellement découverte constitue un flux d'air frais qui s'échappe en continu du trou noir. Ce flux doit jouer un rôle important dans la relation complexe qu'entretient 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 roman Vingt mille lieues...) avec son environnement. Le trou noir satisfait son insatiable appétit en absorbant la matière environnante, mais l'intense rayonnement qui en résulte semble projeter cette matière au loin. L'imbrication de ces deux processus, leur implication dans la croissance et l'évolution des trous noirs supermassifs au 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 celle des mammifères qui englobe...) des galaxies, demeurent encore mystérieuses, mais l'existence de ce flux de poussières apporte un nouvel élément à ce tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :).

Afin d'explorer les régions centrales de NGC 3783, les astronomes ont dû utiliser la puissance combinée des Télescopes Unitaires du Très Grand Télescope de l'ESO. En utilisant ces unités simultanément, ils ont constitué un interféromètre dont la résolution avoisinait celle d'un télescope de 130 mètres de diamètre.

Un autre membre de l'équipe, Gerd Weigelt (Institut 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.) Max Planck, Bonn, Allemagne), apporte des explications: « en combinant la très grande sensibilité des quatre grands miroirs du VLT selon le principe de l'interférométrie, nous sommes capables de collecter suffisamment de lumière pour observer les objets faiblement lumineux. Cela nous permet d'étudier une région de dimension (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...) aussi faible que la distance séparant notre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...) de son étoile voisine la plus proche, dans une galaxie située à des dizaines de millions d'années-lumière. Aucun autre système optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) ou infrarouge au monde (Le mot monde peut désigner :) n'est à ce jour capable de réaliser un tel exploit ».

Ces nouvelles observations peuvent conduire à un changement de paradigme dans la compréhension des AGN. Divers éléments attestent de l'expulsion de la poussière par l'intense rayonnement produit par le trou noir central. Les modèles rendant compte de la distribution de poussière, de la croissance et de l'évolution des trous noirs supermassifs, doivent à présent considérer ce nouvel effet.

Sebastian Hönig conclut ainsi: "J'attends avec impatience la mise en oeuvre de MATISSE, qui nous permettra de combiner les quatre Télescopes Unitaires du VLT et d'observer simultanément dans l'infrarouge proche et moyen - et donc d'obtenir des données encore plus détaillées." MATISSE, un instrument de 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....) génération destiné à équiper le VLTI, est actuellement en cours de construction.

Notes

(1) La poussière cosmique est constituée de gains de silicate et de graphite - des minéraux que l'on trouve en abondance sur 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 croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) également. La suie issue d'une bougie (La bougie est un objet servant en général à éclairer, composé d'un corps gras et d’une mèche enflammée. Elle a été...) est très semblable aux grains de graphite qui composent la poussière cosmique, bien que la taille des grains de suie soit au moins dix fois supérieure à celle des grains de graphite cosmiques.

(2) Le VLTI résulte de la combinaison (Une combinaison peut être :) des quatre Téléscopes Unitaires de 8,2 mètres du VLT, ou des quatre Télescopes Auxiliaires mobiles de 1,8 mètre du VLT. Il utilise une technique appelée interférométrie qui repose sur la combinaison, au moyen d'une instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) sophistiquée, de la lumière capturée par plusieurs télescopes au cours d'une seule et même observation (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...). Bien qu'elle ne produise généralement pas d'image réelle, cette technique augmente nettement le niveau de détail des observations résultantes, celui-ci étant comparable à ce qu'un télescope spatial d'un diamètre supérieur à 100 mètres permettrait d'obtenir.

(3) La poussière chaude a été cartographiée grâce à l'instrument AMBER VLTI dans l'infrarouge proche et les nouvelles observations dont ce communiqué fait état ont été réalisées au moyen de l'instrument MIDI à des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de...) comprises entre 8 et 13 microns dans l'infrarouge moyen.


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Source: ESO
Illustration: ESO/M. Kornmesser
 
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