On l'attendait depuis 2019, en même temps que la première image du trou noir M87*. Elle est enfin là : la toute première photo de Sagittarius A*, le trou noir supermassif du centre de notre Galaxie !
Une vidéo est présente à cet emplacement dans la version web de l'article publié sur Futura; elle a été retirée de ce document PDF pour des raisons techniques.
15h45. De nombreuses animations et informations s'ajoutent. Notamment, de multiples images qui explicitent à quel point le travail des chercheurs a été important : ils ont effectué une moyenne d'une quantité gargantuesque d'images. A présent, ils comptent comparer les deux images obtenues, qui correspondent à des trous noirs très différents : l'un pèse 4 millions de masses solaires - Sagittarius A*, tandis que l'autre représente 6.5 milliards de masses solaires, M87* ! « Nous avons des images pour deux trous noirs - un à l'extrémité large et un à l'extrémité petite des trous noirs supermassifs dans l'Univers - nous pouvons donc aller beaucoup plus loin dans le test du comportement de la gravité dans ces environnements extrêmes que jamais auparavant. », a déclaré Keiichi Asada, co-auteur de l'une des six études sorties dans la revue The Astrophysical Journal Letters, et chercheur à l'Institut d'Astronomie et d'Astrophysique de Taipei.
UArizona astronomers have helped capture the first image of a supermassive black hole at the center of our Milky Way galaxy as part of the international @ehtelescope. Known as Sagittarius A*, this black hole is 4 million times more massive than the sun. https://t.co/pAd8WNfo6Q pic.twitter.com/t8gw7SgXTX
— University of Arizona (@uarizona) May 12, 2022
15h35. On s'en doutait mais les chercheurs le confirment : la source Sagittarius A* est bien un trou noir ! « Nous avons été stupéfaits de voir à quel point la taille de l'anneau correspondait aux prédictions de la théorie de la relativité générale d'Einstein », a déclaré Geoffrey Bower, scientifique du projet EHT, de l'Institut d'astronomie et d'astrophysique, Academia Sinica, Taipei. Le disque d'accrétion effectue un tour autour de Sagittarius A* en seulement quelques minutes, contre plusieurs jours, voire semaines, pour M87*, expliquent les scientifiques. Cela signifie que la luminosité a changé rapidement durant les observations effectuées, compliquant ensuite les calculs pour obtenir une image.
Il est 15 h 07 : c'est une première mondiale, les chercheurs de l'EHT (Event Horizon Telescope) et de l'ESO (European Southern Observatory) viennent de dévoiler la toute première image du trou noir Sagittarius A* ! « Nous avons été si proches, de nombreuses fois, précédemment. » a déclaré dans la conférence de presse le président de l'ESO, Xavier Barcons. Situé au centre de notre Galaxie la Voie lactée à 27.000 années-lumière de nous, ce monstre astronomique de 4 millions de masses solaires a un diamètre de son horizon qui atteint 6 millions de kilomètres, soit environ 15 fois la distance Terre-Lune.
Voici la première image du trou noir géant au centre de la Voie lactée !
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C'est après plus de cinq ans de calculs suite à la campagne d'observation de 2017, que les scientifiques sont parvenus à reconstituer une image de Sagittarius A*. © EHT, ESO
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Des télescopes synchronisés dans le monde entier et 5 ans de calculs !
Obtenir cette image n'a pas été chose facile ! Tout a commencé par une campagne d'observation en avril 2017 par interférométrie à très longue base, aussi appelée VLBI. Cette technique d'observation consiste à utiliser simultanément de nombreux radiotélescopes dans le monde, afin de créer l'équivalent d'un gigantesque interféromètre de la taille de la Terre. En procédant ainsi, la résolution angulaire obtenue qui définit la plus petite taille angulaire que les chercheurs sont capables d'observer en détails, devient si infime que de nombreux objets habituellement invisibles deviennent visibles. C'est le cas de M87* et Sagittarius A*, deux trous noirs dont le diamètre apparent est similaire, et qui nécessitent une résolution que la VLBI peut atteindre. En effet, M87* est à la fois bien plus massif et bien plus éloigné que Sgr A*, avec ses 6.5 milliards de masses solaires et sa distance de 50 millions d'années-lumière, donc son diamètre visible depuis la Terre est équivalent à celui de Sgr A*.
La collaboration EHT permet grâce à cette méthode d'atteindre le plus grand pouvoir de résolution angulaire dans le monde. Dedans s'y trouvaient lors de l'observation en 2017 huit radiotélescopes situés partout sur le globe : Mexique, Chili, Antarctique, Etats-Unis, Espagne. Dans chaque cas, l'antenne radio se trouve à haute altitude, afin d'éliminer au maximum la pollution atmosphérique. Ce procédé demande de plus beaucoup de préparation, car la synchronisation doit être parfaite. Ainsi, la seule campagne d'observation par cette méthode a eu lieu en 2017, plus précisément du 4 au 14 avril 2017. Vient ensuite l'analyse des données ! Cette phase est toute aussi ardue que la première, et nécessite des super ordinateurs, appelés corrélateurs. Au total, ce sont plus de 350 personnes qui ont participé à cette prouesse technologique. C'est ainsi qu'en 2019, la toute première image de M87* a été dévoilée, mais pas celle de Sagittarius A*, à laquelle la communauté scientifique s'attendait aussi.
À terme, la volonté des chercheurs est de tester la relativité générale
Mais qu'apporte cette image, scientifiquement parlant ? Beaucoup de choses. Tout d'abord, obtenir la véritable apparence d'un trou noir permet de la comparer avec les modèles et simulations existants, afin de les corriger. Elle permet donc d'en savoir plus sur la physique des trous noirs. En effet, obtenir la dimension de l'horizon, également appelée ombre du trou noir, et la luminosité qui l'entoure donne de nombreux indices sur ses propriétés : sa taille bien sûr, sa masse, mais aussi et surtout la dynamique de son disque d'accrétion. Celui-ci est constitué par la matière que le trou noir attire vers lui, chauffée à très haute température et qui tournoie à des vitesses relativistes. En effet, il faut seulement 4 minutes et 30 secondes aux poussières qui constituent le disques pour effectuer une orbite autour du trou noir, qui rappelons-le a un diamètre d'horizon d'environ 6 millions de kilomètres !
Elle permet aussi aux astronomes de tester la relativité générale établie par Einstein en 1916, dans le régime de champ fort : lorsque les particules deviennent relativistes. Ils regardent la courbure de la lumière causée par les effets gravitationnels, appelée « lentille gravitationnelle » : le trou noir est si massif que la lumière ne suit pas un chemin linéaire lorsqu'elle passe à proximité. Cette capacité ouvre une nouvelle voie pour tester la relativité générale dans le régime de champ fort, étudier les processus d'accrétion et d'écoulement au bord d'un trou noir et sonder la physique fondamentale des trous noirs et l'existence même des horizons des événements.
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La toute première image du trou noir central de la Voie lactée vient d'être dévoilée par l'EHT. Elle est le fruit de cinq ans de calculs acharnés, après une campagne d'observation effectuée en 2017. © EHT, ESO
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