Tandis que le traitement et l’analyse des données acquises par l’Event Horizon Telescope (EHT) dans le but d’obtenir une image de notre trou noir supermassif Sgr A* sont toujours en cours, la collaboration de l’EHT vient de publier d’impressionnants résultats d’observations effectuées en 2013, concernant la structure de Sgr A*.

L’Event Horizon Telescope est un réseau de radiotélescopes dispersés à travers le monde, utilisant l’interférométrie à très longue base. Il a pour objectif l’étude des trous noirs supermassifs galactiques et notamment de Sgr A*, le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée. Pour ce faire, l’EHT combine les données acquises par l’ensemble des observatoires puis les traite via des supercalculateurs à l’observatoire d’Haystack (Massachusetts). Le pouvoir de résolution de l’EHT est tel qu’il permet de scruter l’horizon des événements des trous noirs.

Bien que l’impatience règne depuis avril 2017 en attendant la première image de l’horizon des événements de Sgr A*, ce sont des résultats d’observations de 2013 que la collaboration de l’EHT vient de publier dans The Astrophysical Journal. S’il ne s’agit pas des résultats attendus, ils permettent toutefois de démontrer la fabuleuse résolution de l’EHT, qui a réussi à observer Sgr A* à une distance de trois rayons de Schwarzschild, et confirment donc l’espoir investi par les scientifiques dans les données de 2017.

EHT

L’Event Horizon Telescope est un réseau de radiotélescopes dispersés à travers le monde, utilisant l’interférométrie à très longue base. La combinaison de leurs données offre une résolution permettant d’observer la structure et l’horizon des événements des trous noirs. Crédits : EHT/P. Marous

En 2013, le radiotélescope submilimétrique APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), basé au Chili dans le désert d’Atacama, se joint à l’EHT pour observer Sgr A*. Avec son antenne parabolique de 12 mètres, APEX a pratiquement doublé la plus longue base d’observation du réseau, augmentant significativement le pouvoir de résolution de celui-ci et permettant d’observer la structure et l’horizon du trou noir avec une précision inégalée.

Bien qu’impossibles à observer directement, les trous noirs peuvent être détectés indirectement via leurs effets gravitationnels sur les corps alentours, et via les émissions de rayonnements électromagnétiques produits par la friction de la matière baryonique (gaz, poussière) au sein de leur disque d’accrétion ; le disque d’accrétion est un disque de matière attirée par le trou noir et tournant autour de celui-ci.

À partir d’une certaine distance du trou noir, plus aucun objet ne peut s’échapper de son attraction : c’est l’horizon des événements. Dans cette zone intangible, la vitesse de libération — c’est-à-dire la vitesse nécessaire à un objet pour échapper à l’attraction gravitationnelle d’un corps massif — est supérieure à la vitesse de la lumière, donc même les photons s’y retrouvent piégés.

La taille d’un trou noir est donnée par son rayon de Schwarzschild qui se calcule grâce à la formule suivante :

R(s) = 2GM/c²

Avec « G » la constante gravitationnelle, « M » la masse du trou noir et « c » la vitesse de la lumière dans le vide. La taille d’un trou noir est donc directement proportionnelle à sa masse. Plus un trou noir est massif, plus il est grand. Il est donc plus facile pour l’EHT de scruter des trous noirs supermassifs tel que Sgr A*, dont la masse s’élève à environ 4.3 millions de masses solaires.

eht modeles

En 2013, six observatoires dont l’APEX, observent la structure du trou noir supermassif Sgr A* avec une résolution de trois rayons de Schwarzschild. Ces observations permettent aux scientifiques de comparer les données aux modèles théoriques existants. Crédits : Eduardo Ros/Thomas Krichbaum/MPIfR

En 2013, les astrophysiciens de l’EHT ont pu observer Sgr A* à une distance équivalant à trois rayons de Schwarzschild, soit trois fois la taille du trou noir, révélant des détails de sa structure avec une résolution de 36 millions de km. Même si cela peut paraître très élevé, cette distance est toutefois inférieure à la taille supposée du disque d’accrétion. Ces observations ont permis aux scientifiques de mieux appréhender la structure de Sgr A*, en appliquant les données recueillies à différents modèles théoriques décrivant l’environnement du trou noir.

« Nous avons commencé à comprendre à quoi ressemble la structure d’un trou noir à l’échelle de son horizon, plutôt que d’établir des conclusions générales simplement à partir des quelques observations collectées » explique Ru-Sen Lu, astrophysicien à l’Institut Max Planck. « C’est encourageant de voir qu’une structure en forme d’anneau correspond particulièrement bien aux données acquises, bien que nous ne puissions exclure les autres modèles, comme par exemple celui d’un assemblage de points lumineux ».

TN modeles

Les résultats obtenus montrent une structure asymétrique. Il existe deux modèles théoriques principaux concernant la structure des trous noirs. Le modèle « hot-spot » (A) et le modèle en forme d’anneau (B). Les données correspondent particulièrement bien au modèle annulaire (B). Crédits : Ru-Sen Lu & al.

Selon l’étude, la structure de l’espace autour de l’horizon des événements de Sgr A* aurait donc préférentiellement une forme d’anneau. Cependant, les données recueillies sont encore insuffisantes pour statuer sur la structure du trou noir. « Ces résultats constituent une étape importante dans le développement de l’EHT. Le traitement et l’analyse des observations réalisées en 2017, avec la collaboration d’ALMA, nous rapprochera encore plus de l’image du trou noir au centre de nôtre galaxie » conclut Sheperd Doeleman, astrophysicien et directeur de l’EHT.

Source : The Astrophysical Journal

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