Sagittaire A * Révélé | Le courant de l’UCSB

L’étudiant diplômé de l’UC Santa Barbara et de l’Observatoire de Las Cumbres, Joseph Farah, a participé ce matin à une conférence de presse à Washington DC ce matin, où les astronomes ont dévoilé la première image du trou noir supermassif au centre de notre propre galaxie de la Voie lactée. Ce résultat fournit des preuves accablantes que l’objet est en effet un trou noir et donne des indices précieux sur le fonctionnement de ces géants, dont on pense qu’ils résident au centre de la plupart des galaxies. L’image a été produite par une équipe de recherche mondiale appelée Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, en utilisant les observations d’un réseau mondial de radiotélescopes.

L’image est un regard attendu depuis longtemps sur l’objet massif qui se trouve au centre même de notre galaxie. Les scientifiques avaient déjà vu des étoiles en orbite autour de quelque chose d’invisible, de compact et de très massif au centre de la Voie lactée. Cela suggère fortement que cet objet – connu sous le nom de Sagittarius A * (Sgr A *, prononcé “sadge-ay-star”) – est un trou noir, et l’image d’aujourd’hui en fournit la première preuve visuelle directe.

Bien que nous ne puissions pas voir le trou noir lui-même, parce qu’il est complètement sombre, le gaz incandescent qui l’entoure révèle une signature révélatrice : une région centrale sombre (appelée “ombre”) entourée d’une structure brillante en forme d’anneau. La nouvelle vue capture la lumière courbée par la puissante gravité du trou noir, qui est quatre millions de fois plus massif que notre Soleil.

“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. “Ces observations sans précédent ont considérablement amélioré notre compréhension de ce qui se passe au centre même de notre galaxie et offrent de nouvelles informations sur la façon dont ces trous noirs géants interagissent avec leur environnement.” Les résultats des résultats de l’EHT sont publiés aujourd’hui dans un numéro spécial de The Astrophysical Journal Letters.

Parce que le trou noir est à environ 27 000 années-lumière de la Terre, il nous semble avoir à peu près la même taille dans le ciel qu’un beignet sur la Lune. Pour l’imager, l’équipe a créé le puissant EHT, qui a relié huit observatoires radio existants à travers la planète pour former un seul télescope virtuel “de la taille de la Terre”. [1]. L’EHT a observé Sgr A * plusieurs nuits, collectant des données pendant plusieurs heures d’affilée, comme si vous utilisiez un long temps d’exposition sur un appareil photo.

Farah a mis au point une nouvelle technique pour produire une représentation cinématographique dynamique du trou noir Sgr A *. Il est l’auteur principal de l’article publié aujourd’hui, Imagerie dynamique sélective des données interférométriquesdans le numéro spécial de Les lettres du journal astrophysique. Maintenant membre du laboratoire du professeur d’astronomie UCSB / LCO Andy Howell, Farah a mené une grande partie du travail pour ce projet en tant qu’étudiant de premier cycle à l’Université du Massachusetts à Boston.

La percée fait suite à la publication par la collaboration EHT en 2019 de la première image d’un trou noir, appelé M87 *, au centre de la galaxie Messier 87 plus éloignée.

Les deux trous noirs se ressemblent remarquablement, même si le trou noir de notre galaxie est plus de mille fois plus petit et moins massif que M87 * [2]. “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”, déclare Sera Markoff, coprésidente du Conseil scientifique de l’EHT et professeur d’astrophysique théorique. à l’Université d’Amsterdam, aux Pays-Bas.”Cela nous indique que la relativité générale régit ces objets de près, et toute différence que nous voyons plus loin doit être due à des différences dans le matériau qui entoure les trous noirs.”

Cette réalisation a été nettement plus difficile que pour M87*, même si Sgr A* est beaucoup plus proche de nous. Le scientifique EHT Chi-kwan (‘CK’) Chan, de l’Observatoire Steward et du Département d’Astronomie et du Data Science Institute de l’Université d’Arizona, explique : « Le gaz à proximité des trous noirs se déplace à la même vitesse – presque aussi rapide comme la lumière – autour de Sgr A * et M87 *. Mais là où le gaz met des jours, voire des semaines, à orbiter autour du plus grand M87 *, dans le beaucoup plus petit Sgr A *, il complète une orbite en quelques minutes seulement. Cela signifie que la luminosité et le motif du gaz autour de Sgr A * changeaient rapidement pendant que la collaboration EHT l’observait – un peu comme essayer de prendre une photo claire d’un chiot pourchassant rapidement sa queue. »

Les chercheurs ont dû développer de nouveaux outils sophistiqués qui rendaient compte du mouvement du gaz autour de Sgr A *. Alors que M87 * était une cible plus facile et plus stable, avec presque toutes les images se ressemblant, ce n’était pas le cas pour Sgr A *. L’image du trou noir Sgr A* est une moyenne des différentes images extraites par l’équipe, dévoilant enfin pour la première fois le géant tapi au centre de notre galaxie.

Cet effort a été rendu possible grâce à l’ingéniosité de plus de 300 chercheurs de 80 instituts du monde entier qui, ensemble, forment la collaboration EHT. En plus de développer des outils complexes pour relever les défis de l’imagerie Sgr A*, l’équipe a travaillé avec rigueur pendant cinq ans, utilisant des supercalculateurs pour combiner et analyser leurs données, tout en compilant une bibliothèque inédite de trous noirs simulés à comparer avec les observations. M. Farah faisait partie de l’équipe qui a produit l’image du trou noir M87 * et il a appliqué ses connaissances de ce travail pour développer les outils permettant de générer des images dynamiques de Sgr A *.

Les scientifiques sont particulièrement ravis d’avoir enfin des images de deux trous noirs de tailles très différentes, ce qui offre l’opportunité de comprendre comment ils se comparent et s’opposent. Ils ont également commencé à utiliser les nouvelles données pour tester des théories et des modèles sur le comportement du gaz autour des trous noirs supermassifs. Ce processus n’est pas encore entièrement compris, mais on pense qu’il joue un rôle clé dans la formation et l’évolution des galaxies.

“Nous pouvons maintenant étudier les différences entre ces deux trous noirs supermassifs pour obtenir de nouveaux indices précieux sur le fonctionnement de ce processus important”, a déclaré le scientifique de l’EHT, Keiichi Asada, de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique, Academia Sinica, Taipei. “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.”

Les progrès de l’EHT se poursuivent : une importante campagne d’observation en mars 2022 a inclus plus de télescopes que jamais auparavant. L’expansion continue du réseau EHT et les mises à niveau technologiques importantes permettront aux scientifiques de partager des images encore plus impressionnantes ainsi que des films de trous noirs dans un avenir proche.

Farah est enthousiasmée par le succès de cette entreprise : « Je ne peux pas croire à quelle vitesse le projet est passé de l’analyse des ensembles de données initiaux passionnants mais préliminaires à la vue de la belle ombre se reconstruire sous nos yeux. C’est la seule chose qui semble évoluer plus vite que Sgr A* ! Quel privilège cela a été de faire partie de ce merveilleux projet, avec tous nos merveilleux collaborateurs. » Il est reconnaissant à la National Science Foundation d’avoir soutenu son travail grâce à une bourse de recherche de troisième cycle.

Crédit photo: ÉVÉNEMENT HORIZON TÉLESCOPE COLLABORATION

Réalisation de l’image du trou noir au centre de la Voie lactée
La collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a créé une image unique (top frame) du trou noir supermassif au centre de notre galaxie, appelé Sagittarius A* (ou Sgr A* en abrégé), en combinant des images extraites des observations EHT .

L’image principale a été produite en faisant la moyenne de milliers d’images créées à l’aide de différentes méthodes de calcul – qui correspondent toutes avec précision aux données EHT. Cette image moyenne conserve les caractéristiques les plus fréquemment observées dans les images variées et supprime les caractéristiques qui apparaissent rarement.

Les images peuvent également être regroupées en quatre groupes basés sur des caractéristiques similaires. Une image représentative moyenne pour chacun des quatre groupes est affichée dans la rangée du bas. Trois des amas présentent une structure en anneau mais avec une luminosité distribuée différemment autour de l’anneau. Le quatrième groupe contient des images qui correspondent également aux données mais n’apparaissent pas en forme d’anneau.

Les graphiques à barres montrent le nombre relatif d’images appartenant à chaque groupe. Des milliers d’images sont tombées dans chacun des trois premiers groupes, tandis que le quatrième et le plus petit groupe ne contient que des centaines d’images. Les hauteurs des barres indiquent les “poids” relatifs, ou contributions, de chaque cluster à l’image moyenne en haut.

Remarques

[1] Les télescopes individuels impliqués dans l’EHT en avril 2017, lorsque les observations ont été effectuées, étaient : l’Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), l’Atacama Pathfinder Experiment (APEX), le télescope IRAM de 30 mètres, le télescope James Clerk Maxwell (JCMT), le Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), le Submillimeter Array (SMA), le UArizona Submillimeter Telescope (SMT), le South Pole Telescope (SPT). Depuis lors, l’EHT a ajouté à son réseau le télescope du Groenland (GLT), le NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) et le télescope UArizona de 12 mètres sur Kitt Peak.

ALMA est un partenariat entre l’Observatoire européen austral (ESO ; l’Europe, représentant ses États membres), la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les Instituts nationaux des sciences naturelles (NINS) du Japon, ainsi que le Conseil national de la recherche (Canada ), le ministère des Sciences et de la Technologie (MOST ; Taïwan), l’Institut d’astronomie et d’astrophysique Academia Sinica (ASIAA ; Taïwan) et l’Institut coréen d’astronomie et des sciences spatiales (KASI ; République de Corée), en coopération avec la République du Chili. L’Observatoire conjoint ALMA est géré par l’ESO, l’Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI / NRAO) et l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ). APEX, une collaboration entre l’Institut Max Planck de radioastronomie (Allemagne), l’Observatoire spatial d’Onsala (Suède) et l’ESO, est exploité par l’ESO. Le télescope de 30 mètres est exploité par l’IRAM (les organisations partenaires de l’IRAM sont MPG (Allemagne), CNRS (France) et IGN (Espagne)). Le JCMT est exploité par l’Observatoire d’Asie de l’Est pour le compte du Center for Astronomical Mega-Science de l’Académie chinoise des sciences, du NAOJ, de l’ASIAA, du KASI, de l’Institut national de recherche astronomique de Thaïlande et d’organisations du Royaume-Uni et du Canada. Le LMT est exploité par l’INAOE et l’UMass, le SMA est exploité par le Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian et ASIAA et l’UArizona SMT sont gérés par l’Université de l’Arizona. Le SPT est exploité par l’Université de Chicago avec une instrumentation EHT spécialisée fournie par l’Université de l’Arizona.

Le télescope du Groenland (GLT) est exploité par l’ASIAA et le Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Le GLT fait partie du projet ALMA-Taiwan et est soutenu en partie par l’Academia Sinica (AS) et MOST. NOEMA est exploité par l’IRAM et le télescope UArizona de 12 mètres à Kitt Peak est exploité par l’Université de l’Arizona.

[2] Les trous noirs sont les seuls objets que nous connaissons dont la masse évolue avec la taille. Un trou noir mille fois plus petit qu’un autre est aussi mille fois moins massif.

Leave a Comment