Champs magnétiques capturés en périphérie du trou noir de la galaxie M87: précisions et vidéos

Publié par Redbran le 29/03/2021 à 13:00
Source: ESO
Après avoir acquis la toute première image d'un trou noir, la collaboration de l'Event Horizon Telescope (EHT) révèle ce jour l'aspect, en lumière polarisée, de l'objet massif situé au centre de la galaxie Messier 87 (M87). C'est la toute première fois que les astronomes peuvent mesurer la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments...), une signature des champs magnétiques, à si grande proximité du pourtour d'un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...). Ces observations permettent de mieux comprendre la façon dont la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) M87, distante de quelque 55 millions d'années lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), est capable d'éjecter des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) énergétiques depuis son noyau.


Cette image offre une vue polarisée du trou noir de M87. Les lignes indiquent l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) de la polarisation, étroitement liée au champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) qui entoure l'ombre (Une ombre est une zone sombre créée par l'interposition d'un objet opaque (ou seulement...) du trou noir.
Crédit: EHT Collaboration

"Nous sommes en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) d'acquérir l'indispensable élément de compréhension du comportement des champs magnétiques autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) des trous noirs, et de l'impact, sur cette région extrêmement compacte, de toute cette activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) sur la génération de puissants jets qui s'étendent bien au-delà de la galaxie" détaille Monika Mościbrodzka, coordinatrice de Groupe de Travail sur la Polarimétrie de l'EHT et Professeur adjointe à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Radboud aux Pays-Bas.

Le 10 avril 2019, les scientifiques ont publié la toute première image d'un trou noir, révélant l'existence d'une structure annulaire brillante en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus...) d'une région centrale sombre - l'ombre du trou noir. Depuis lors, la collaboration EHT a approfondi les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) acquises en 2017 sur l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) supermassif situé au coeur de la galaxie M87. Ils ont découvert qu'une fraction significative de la lumière encerclant le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson,...) de M87 est polarisée.

"Ces travaux constituent une réelle avancée: la polarisation de la lumière est porteuse (Une porteuse est un signal sinusoïdal de fréquence et amplitude constantes. Elle est...) d'informations nous permettant de mieux comprendre les processus physiques à l'oeuvre derrière l'image acquise en avril 2019, ce qui était impossible auparavant", précise Iván Martí-Vidal, également Coordinateur du Groupe de Travail sur la Polarimétrie de l'EHT et Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) Emérite du GenT à l'Université de Valence en Espagne. D'ajouter: “l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) de cette nouvelle image en lumière polarisée a requis des années de travail, durant lesquelles des techniques complexes ont été utilisées pour obtenir et analyser les données.”


Vue du trou noir supermassif de M87 et du jet en lumière polarisée
Crédit: EHT Collaboration; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.; VLBA (NRAO), Kravchenko et al.; J. C. Algaba, I. Martí-Vidal

La lumière se polarise lorsqu'elle traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) certains filtres, tels les verres des lunettes de Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) polarisantes, ou lorsqu'elle provient de régions de l'espace caractérisées par des températures élevées et la présence de champs magnétiques. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) comme les lunettes de Soleil polarisées améliorent notre vue en réduisant les reflets et l'éblouissement générés par des surfaces brillantes, les astronomes peuvent affiner leur vision d'une région située en périphérie d'un trou noir en examinant la polarisation de la lumière qui en est issue. Plus précisément, la polarisation permet aux astronomes de cartographier les lignes de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique bordant le pourtour du trou noir.

"Les images polarisées nouvellement publiées sont essentielles pour comprendre la façon dont le champ magnétique aide le trou noir à "se nourrir" de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) environnante et à émettre de puissants jets" ajoute Andrew Chael, membre de la collaboration EHT, membre du NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...) Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) au Centre Princeton dédié à la Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) Théorique et de la Princeton Gravity Initiative aux Etats-Unis.

Les puissants jets de matière et d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) émis par le noyau de M87 s'étendent sur plus de 5000 années lumière. Ils constituent l'une des caractéristiques les plus mystérieuses et les plus énergétiques de la galaxie. La plupart de la matière située à proximité de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...) d'un trou noir s'y déverse. Toutefois, certaines des particules environnantes s'échappent quelques instants avant d'être capturées, puis sont projetées loin dans l'espace sous la forme de jets.


Vue du jet issu de M87 en lumière visible et vue du jet et du trou noir supermassif en lumière polarisée.
Crédit: EHT Collaboration; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.; NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); VLBA (NRAO), Kravchenko et al.; J. C. Algaba, I. Martí-Vidal

Afin de mieux comprendre ce processus, les astronomes ont utilisé différents modèles décrivant le comportement de la matière à proximité d'un trou noir. Toutefois, ils ne comprennent pas encore totalement la façon dont des jets de dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une...) supérieure à celle de la galaxie sont expulsés par les régions centrales, comparables en termes de taille à celle du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...), ni la manière dont la matière tombe dans le trou noir. La nouvelle image du trou noir et de son ombre en lumière polarisée a permis aux astronomes de la collaboration EHT de sonder, pour la toute première fois, la région située en proche périphérie du trou noir au sein de laquelle interagissent la matière entrante et la matière éjectée.

Ces observations offrent de nouvelles informations relatives à la structure des champs magnétiques situés en proche périphérie du trou noir. Il est ainsi apparu que seuls les modèles théoriques postulant l'existence d'un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) fortement magnétisé rendent compte des observations de la collaboration EHT au niveau de l'horizon des événements (L'horizon des événements est constitué par la région de l'espace-temps dans laquelle un...).

“Les observations suggèrent que les champs magnétiques présents sur le pourtour du trou noir sont suffisamment puissants pour repousser le gaz de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) élevée et l'aider à résister à l'attraction gravitationnelle du trou noir. Seul le gaz qui traverse le champ peut tourbillonner vers l'intérieur, jusqu'à l'horizon des événements” précise Jason Dexter, Professeur adjoint à l'Université Boulder du Colorado, Etats-Unis, et Coordinateur du Groupe de Travail sur la Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) à l'EHT.


Cette image montre une vue du jet de la galaxie Messier 87 (M87) en lumière polarisée. L'image a été obtenue à l'aide du vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA) implanté au Chili et dont l'ESO est partenaire. Elle révèle la partie du jet, d'une taille de 6000 années-lumière, la plus proche du centre de la galaxie. Les lignes marquent l'orientation de la polarisation, qui est liée au champ magnétique dans la région imagée. Cette image d'ALMA indique donc à quoi ressemble la structure du champ magnétique le long du jet.
Crédit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.

Afin d'observer le centre de la galaxie M87, la collaboration a associé huit télescopes répartis dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier - parmi lesquels figurent le Vaste Réseau (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA) et l'Atacama Pathfinder Experiment (APEX) opérant tous deux depuis le nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) du Chili, et dont l'Observatoire Européen Austral (L'Observatoire européen austral (en anglais, European Southern Observatory : ESO) est une...) (ESO) est partenaire. Ainsi, l'EHT constitue un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) virtuel de la taille de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). L'impressionnante résolution des images acquises au moyen de l'EHT permettrait de mesurer la taille d'une carte de crédit à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...).

"Grâce à ALMA et APEX qui, par leur situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...) méridionale améliorent la qualité de l'image en étendant le réseau EHT à l'hémisphère Sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre...), les scientifiques européens ont pu jouer un rôle central dans cette étude" ajoute Ciska Kemper, scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) du programme européen ALMA à l'ESO. "Avec ses 66 antennes, ALMA s'est imposé lors de la collecte globale du signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) en lumière polarisée, tandis qu'APEX se révéla essentiel pour la calibration de l'image."

"Les données d'ALMA se sont avérées essentielles pour calibrer, imager et interpréter les observations de l'EHT, imposant de strictes contraintes aux modèles théoriques rendant compte du comportement de la matière à proximité de l'horizon des événements d'un trou noir", précise Ciriaco Goddi, scientifique à l'Université Radboud et à l'Observatoire de Leiden aux Pays-Bas, qui a dirigé une étude annexe reposant sur les seules observations d'ALMA.


Ce graphe indique la position de la galaxie géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...) Messier 87 dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte...) de la Vierge. La plupart des étoiles visibles à l'œil nu dans de bonnes conditions d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) y figurent.
Crédit: ESO, IAU and Sky & Telescope

Le dispositif de l'EHT a permis à l'équipe d'observer directement l'ombre du trou noir et l'anneau de lumière qui l'encercle. La nouvelle image en lumière polarisée montre clairement que l'anneau est magnétisé. Les résultats de cette étude font l'objet de la publication, ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), de deux articles distincts au sein de The Astrophysical Journal Letters par la collaboration EHT. Ce travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) a impliqué plus de 300 chercheurs issus de divers organismes et universités du monde entier.

“L'EHT progresse rapidement, bénéficiant d'innovations technologiques et de l'ajout constant de nouveaux observatoires au réseau initial. Nous nous attendons à ce que les futures observations de l'EHT révèlent avec une précision accrue la structure du champ magnétique autour du trou noir et les processus physiques qui gouvernent le gaz chaud présent dans cette région”, conclut Jongho Park, membre de la collaboration EHT et membre de de l'Association des principaux Observatoires de l'Asie (L'Asie est un des cinq continents ou une partie des supercontinents Eurasie ou Afro-Eurasie de la...) de l'Est à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) d'Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer...) et d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) de l'Academie Sinica à Taipei.


Sur cette image figurent les contributions d'ALMA et APEX à l'EHT. L'image de gauche montre une reconstruction de l'image du trou noir acquise au moyen du réseau complet de l'Event Horizon Telescope (qui inclut ALMA et APEX). L'image de droite montre cette même reconstruction, privée des données d'ALMA et APEX. La différence entre ces deux clichés montre clairement l'apport crucial des données d'ALMA et APEX aux observations.
Crédit: EHT Collaboration

Les astronomes photographient des champs magnétiques aux frontières d'un trou noir

Zoom sur le coeur de M87 afin d'acquérir une nouvelle image de son trou noir
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