Les observations les plus détaillées de la matière orbitant à proximité d'un trou noir
Publié par Adrien le 01/11/2018 à 08:00
Source: ESO
L'exceptionnelle sensibilité de l'instrument GRAVITY de l'ESO a apporté un nouvel élément de confirmation de l'existence présupposée d'un trou noir supermassif au centre de la Voie Lactée. De nouvelles observations stipulent en effet la présence de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) tourbillonnant à une vitesse (On distingue :) de presque le tiers de celle de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) le long d'une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) circulaire située en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou...) de l'horizon des événements (L'horizon des événements est constitué par la région de l'espace-temps dans laquelle un événement peut-être perçu par un observateur.). C'est la toute première fois que de la 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, l'état gazeux. La matière occupe de...) est observée à si grande proximité du point (Graphie) de non retour. En outre, il s'agit des 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...) les plus détaillées 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 éclairent le ciel. Son début (par...) de matière orbitant à si grande proximité d'un 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...).


Des scientifiques membres d'un consortium d'institutions européennes, parmi lesquelles l'ESO (1), ont utiilisé l'instrument GRAVITY qui équipe l'Interféromètre du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO pour observer les émissions de 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...) en provenance du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en...) d'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) qui entoure Sagittarius A*, l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) massif (Le mot massif peut être employé comme :) situé au coeur de 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 se situent le Système solaire (dont...). Les sursauts de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) observés offrent la confirmation tant attendue que l'objet situé au centre de notre 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.) est 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...) et bien 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...). Les sursauts sont émis par la matière qui orbite à très grande proximité de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique,...) des événements du trou noir. Il s'agit des observations les plus détaillées à ce jour de la matière se déplaçant à si grande proximité d'un trou noir.

La matière composant le disque d'accrétion - l'anneau de gaz qui orbite 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...) de Sagittarius A* à des vitesses relativistes (2) - peut se déplacer autour du trou noir en toute sécurité. En revanche, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) objet qui s'en rapproche trop est condamné à traverser l'horizon des événements. Ainsi, 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...) des positions que la matière peut occuper sans se trouver irrésistiblement attirée par l'énorme 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 à...) centrale définit l'orbite stable la plus proche du trou noir. De cette orbite proviennent les éruptions observées.

“Le spectacle de la matière orbitant autour d'un trou noir massif à quelque 30% de la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène ondulatoire), est une constante physique, et donc un...) est tout simplement époustouflant”, précise Oliver Pfuhl, 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.) au MPE. “L'exceptionnelle sensibilité de GRAVITY nous a permis d'observer les processus d'accrétion en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel et avec des détails inégalés.”

Ces mesures ont été possibles grâce à une collaboration internationale et à une instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) de pointe (3). L'instrument GRAVITY a joué un rôle fondamental: il a permis de combiner la lumière en provenance des quatre télescopes du VLT de l'ESO et donc de créer un super télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un...) virtuel de 130 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la...). Par le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le présent....), il avait déjà permis de sonder la nature de Sagittarius A*. 

En début d'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), GRAVITY et SINFONI, un autre instrument installé sur le VLT, avaient permis à la même équipe de précisément caractériser le survol rapproché de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) S2 et donc sa traversée de l'intense champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gravitationnel généré par Sagittarius A*. Pour la première fois, la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ d'étude, tant théorique...) générale d'Einstein se trouvait confirmée dans un 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...) aussi extrême. Au cours du survol rapproché de S2, un intense rayonnement infrarouge fut également détecté.

“Nous avons suivi le mouvement de S2 avec attention, tout en observant Sagittarius A*,” précise Oliver Pfuhl. “Lors de nos observations, nous avons eu la chance de détecter trois brillantes éruptions issues des environs du trou noir - il s'agissait d'une heureuse coïncidence !”

Cette émission issue d'électrons hautement énergétiques situés à très grande proximité du trou noir s'est traduite par la survenue de trois fortes éruptions de lumière. Ce phénomène est en accord parfait avec les prévisions théoriques concernant les points chauds en orbite autour d'un trou noir doté de quatre millions de masses solaires (4). Les éruptions sont censées provenir d'interactions magnétiques au sein du gaz très chaud orbitant à très grande proximité de Sagittarius A*.

Reinhard Genzel de 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 Theoretical Physics est un tel institut.) Max Planck dédié à la 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 connaissance de la nature ;...) Extraterrestre (MPE) à Garching en Allemagne, a piloté cette étude. Il conclut ainsi: “Cela a toujours été l'un de nos rêves, jamais pourtant nous n'aurions osé espérer qu'il se réalise si rapidement”. Se référant à l'hypothèse selon laquelle Sagittarius A* constitue un trou noir supermassif, Genzel ajoute: “Ce résultat offre la confirmation du paradigme du trou noir massif. ” 

Notes

(1) Ce travail 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 recherche scientifique désigne également le cadre...) a été mené par des scientifiques de l'Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre (MPE), 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 des cartes pour la navigation. Il vient en complément de l'Académie des...), de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures)....) Grenoble Alpes, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...), de l'Institut Max Planck dédié à l'Astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...), de l'Université de Cologne, du Centre d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) et de la Gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) (CENTRA) Portugais, et de l'ESO.

(2) Aux vitesses relativistes, les effets de la Théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de la Relativité d'Einstein deviennent significatifs. Dans le cas du disque d'accrétion qui entoure Sagittarius A*, le gaz se déplace à une vitesse voisine de 30% de la vitesse de la lumière.

(3) GRAVITY fut conçu par une collaboration composée de l'Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre (Allemagne), du LESIA 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, au centre du bassin parisien, entre les confluents...) - PSL / CNRS /  Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le...) Université/Univ. Paris Diderot et de l'IPAG de l'Université Grenoble Alpes/CNRS (France), de l'Institut Max Planck dédié à l'Astronomie (Allemagne), de l'Université de Cologne (Allemagne), du Centre d'Astrophysique et de la Gravitation (Portugal) et de l'ESO.

(4) La masse solaire (En astrophysique, la masse solaire est l'unité de masse conventionnellement utilisée pour les étoiles ou les autres objets massifs. Elle est égale à la masse de notre Soleil. Son symbole et sa valeur sont :) est une unité astronomique (L’unité astronomique (symbole ua) correspond approximativement à la longueur du demi-grand axe de l’orbite terrestre. Historiquement, les mesures...). Elle désigne la masse du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est...) et équivaut à 1.989 × 1030 kg. Sgr A* est donc dotée d'une masse 1,3 trillion de fois supérieure à celle de la 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 quatre...).
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