1ère image du « cœur de trou noir » de notre galaxie dévoilée

Les astronomes ont capturé la toute première image du colossal trou noir au centre de notre galaxie, fournissant la première preuve directe de l’existence du géant cosmique.

Situé à 26 000 années-lumière, sagittaire A* est une déchirure gargantuesque dans l’espace-temps qui représente quatre millions de fois la masse de notre soleil et 40 millions de miles (60 millions de kilomètres) de diamètre. L’image a été capturée par l’Event Horizon Telescope (EHT), un réseau de huit radiotélescopes synchronisés placés à divers endroits dans le monde.

Comme même la lumière n’est pas capable d’échapper aux puissants attraction gravitationnelle d’un trou noir, il est impossible de voir le Sagittaire A* lui-même, sauf comme la silhouette d’un anneau de lumière floue et déformée. Ce halo provient de la matière surchauffée et brillante qui tourbillonne autour de l’entrée de la masse du monstre cosmique à une vitesse proche de celle de la lumière. Une fois que le plasma lentement dépouillé et déchiqueté plonge au-dessus du précipice du trou noir, ou horizon des événements, il est perdu à l’intérieur pour toujours.

Apparenté: L’univers a peut-être été rempli de trous noirs supermassifs à la nuit des temps

« Nos résultats sont la preuve la plus solide à ce jour qu’un trou noir réside au centre de notre galaxie », Ziri Younsi, astrophysicien à l’University College London et collaborateur de l’EHT, dit dans un communiqué. « Ce trou noir est la colle qui maintient la galaxie ensemble. C’est la clé de notre compréhension de la façon dont l’ Voie Lactée s’est formé et évoluera à l’avenir.

Les scientifiques ont longtemps pensé qu’un énorme trou noir supermassif devait se cacher au centre de notre galaxie, sa gravité attachant la poussière, le gaz, les étoiles et les planètes de la Voie lactée sur une orbite lâche autour de lui et provoquant des étoiles proches qui tournent rapidement autour d’elle. Cette nouvelle observation, qui montre que la lumière est penchée autour du mastodonte de l’espace-temps, met leurs soupçons hors de tout doute.

« 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 », Geoffrey Bower, collaborateur de l’EHT et astronome à l’Academia Sinica, Taipei, dit dans un communiqué. « Ces observations sans précédent ont grandement amélioré notre compréhension de ce qui se passe au centre même de notre galaxie et offrent de nouvelles perspectives sur la façon dont ces trous noirs géants interagissent avec leur environnement. »

La théorie d’Einstein du général relativité décrit comment des objets massifs peuvent déformer le tissu de l’univers, appelé espace-temps. GravitéEinstein a découvert qu’il n’est pas produit par une force invisible, mais simplement par notre expérience de l’espace-temps qui se courbe et se déforme en présence de matière et d’énergie. Les trous noirs sont des points dans l’espace où cet effet de déformation devient si fort que les équations d’Einstein se décomposent, provoquant non seulement toute la matière voisine, mais toute la lumière voisine à l’intérieur.

Pour construire un trou noir, vous devez commencer avec une grande étoile – une avec une masse d’environ cinq à 10 fois celle du soleil. Au fur et à mesure que les étoiles plus grandes approchent de la fin de leur vie, elles commencent à fusionner des éléments de plus en plus lourds, tels que le silicium ou le magnésium, à l’intérieur de leurs noyaux brûlants. Mais une fois que ce processus de fusion commence à former du fer, l’étoile est sur la voie de l’autodestruction violente. Le fer absorbe plus d’énergie pour fusionner qu’il n’en donne, ce qui fait perdre à l’étoile sa capacité à repousser les immenses forces gravitationnelles générées par son énorme masse. Il s’effondre sur lui-même, emballant d’abord son noyau, et plus tard toute la matière qui lui est proche, dans un point de dimensions infinitésimales et de densité infinie – une singularité. L’étoile devient un trou noir, et au-delà d’une frontière appelée horizon des événements, rien – pas même la lumière – ne peut échapper à son attraction gravitationnelle.

La façon exacte dont les trous noirs peuvent se développer pour devenir supermassifs à l’échelle est encore un mystère pour les scientifiques, bien que les observations de l’univers primitif suggèrent qu’ils pourraient gonfler à leurs tailles énormes en grignotant des nuages denses de gaz et en fusionnant avec d’autres trous noirs.

L’EHT a capturé l’image, aux côtés de l’image d’un autre trou noir supermassif au centre de la galaxie M87, en 2017. L’image du trou noir M87 a été publiée en 2019, a rapporté Live Science, mais il a fallu encore deux ans d’analyse des données avant que celui de la Voie lactée ne soit prêt.

Byt la raison derrière le retard est la taille très différente des deux trous noirs supermassifs, ce qui à son tour affecte les vitesses auxquelles leurs nuages de plasma tourbillonnent autour de leurs centres. Le trou noir M87 (M87*) est environ mille fois plus grand que le Sagittaire A*, pesant 6,5 milliards de fois la masse de notre soleil, et son plasma chaud met des jours, voire des semaines, à orbiter autour de lui. Le plasma de Sagittarius A*, en revanche, peut fouetter autour de lui en quelques minutes seulement.

« Cela signifie que la luminosité et le motif du gaz autour de Sgr A * changeaient rapidement à mesure que la collaboration EHT l’observait – un peu comme essayer de prendre une photo claire d’un chiot poursuivant rapidement sa queue », Chi-kwan Chan, collaborateur EHT et astrophysicien à l’Université de l’Arizona, dit dans un communiqué.

Le processus d’imagerie a été rendu encore plus difficile par l’emplacement de la Terre au bord de la Voie lactée, ce qui signifie que les chercheurs ont dû utiliser un superordinateur pour filtrer les interférences des innombrables étoiles, nuages de gaz et de poussière éparpillés entre nous et Saggitarius A *. Le résultat final est une image qui ressemble beaucoup à l’instantané de 2019 de M87 *, même si les deux trous noirs sont eux-mêmes très différents en échelle. C’est quelque chose que les chercheurs attribuent à la précision surprenante et persistante des équations de la relativité générale d’Einstein.

« Nous avons deux types de galaxies complètement différents et deux masses de trous noirs très différentes, mais près du bord de ces trous noirs, ils se ressemblent étonnamment », Sera Markoff, collaborateur de l’EHT et astrophysicien à l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas. dit dans un communiqué. « Cela nous dit que la relativité générale régit ces objets de près, et toute différence que nous voyons plus loin doit être due à des différences dans la matière qui entoure les trous noirs. »

L’analyse détaillée de l’image a déjà permis aux scientifiques de faire des observations fascinantes sur la nature de notre trou noir. Tout d’abord, il est bancal, assis à un angle de 30 degrés par rapport au reste du disque galactique. Il semble également être dormant, ce qui le rend différent d’autres trous noirs tels que M87 *, qui aspirent la matière brûlante des nuages de gaz ou des étoiles à proximité avant de le renvoyer dans l’espace à des vitesses proches de la lumière.

Les scientifiques poursuivront avec une analyse plus approfondie de cette image et de celle de M87 *, tout en capturant des images nouvelles et améliorées. Plus d’images permettront non seulement de meilleures comparaisons entre les trous noirs, mais fourniront également des détails améliorés, permettant aux scientifiques de voir comment les mêmes trous noirs changent au fil du temps et ce qui se passe autour de leurs horizons d’événements. Cela pourrait non seulement nous donner une meilleure compréhension de la façon dont notre univers s’est formé, mais aussi aider à la recherche d’indices sur l’endroit où les équations d’Einstein pourraient céder la place à une physique non découverte.

Les chercheurs ont publié leurs résultats dans une série d’articles dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

Publié à l’origine sur Live Science.