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L‘étude des trous noirs est une activité délicate, mais pas forcément parce qu’ils sont trop sombres, au contraire, dans certains cas il est difficile de voir à travers le nuage lumineux de gaz chaud qui les entoure. Des chercheurs ont utilisé un réseau mondial de télescopes pour scruter le brouillard et capter des images radio parmi les plus claires de Sagittaire A*, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Et cette observation pourrait indiquer que l’objet pointe directement vers la Terre.

Image d’entête : précédente illustration de touffes chaudes de gaz en orbite autour du trou noir au centre de la Voie lactée. (ESO/ Gravity Consortium/ L. Calçada)

A environ 26 000 années-lumière, Sagittaire A* n’est probablement pas le trou noir le plus près de la Terre, mais c’est le supermassif le plus proche, avec une masse de 4 millions de Soleil environ (masse solaire). Cela en fait la cible idéale pour les astronomes qui cherchent à capter l’image d’un trou noir. Bien sûr, comme la lumière elle-même ne peut échapper à l’attraction gravitationnelle de l’objet, il n’y a pas grand-chose à voir mais son but est de voir « l’ombre du trou noir », la silhouette de l’objet cadrée dans le fond lumineux de matière qui tombe dans ce trou noir.

Le problème, c’est que puisqu’il y a une demi galaxie entre elle et nous, la lumière est dispersée par toute la matière dans notre champ de vision, créant un nuage brillant qui obscurcit Sagittaire A*. Pour y voir clair, les astronomes ont donc récemment utilisé un télescope virtuel de la taille de la Terre.

Cette technique est connue sous le nom d’interférométrie à très longue base (VLBI). Elle est réalisée en pointant plusieurs radiotélescopes différents sur le même objet en même temps, puis en comparant les différences entre le moment où les signaux de la source atteignent chacun des télescopes. Ces données peuvent ensuite être traitées pour éliminer la plus grande partie de l’effet de diffusion et produire une image radio plus claire de l’objet.

Les astronomes ont utilisé le Global Millimeter VLBI Array (GMVA) pour ce faire, observant Sagittaire A* à une fréquence de 86 GHz. Mais la nouveauté majeure est que c’était la première fois que le télescope Atacama Large Millimeter Array (ALMA) au Chili était utilisé comme l’un des 13 télescopes du GMVA, qui est particulièrement sensible à cette fréquence.

Le Global Millimeter VLBI Array, rejoint par l’ALMA. (S. Issaoun/ Université Radboud/ D. Pesce, CfA)

 

Le résultat final a produit une image avec une résolution deux fois supérieure à celle des tentatives précédentes à 86 GHz.

En haut à gauche : simulation de Sgr A* à 86 GHz. En haut à droite : simulation avec effets de diffusion supplémentaires. En bas à droite : image diffusée par les observations, c’est ainsi que nous voyons Sgr A* dans le ciel. En bas à gauche : l’image non diffusée, après avoir supprimé les effets de diffusion dans notre champ de vision, voici à quoi ressemble vraiment Sgr A*.  (S. Issaoun, M. Mościbrodzka/ Université Radboud/ M. D. Johnson, CfA)

L’étude a révélé quelques nouveaux détails sur le trou noir supermassif. La source des émissions radio s’est avérée symétrique et la plupart des signaux proviennent d’une zone beaucoup plus petite qu’on ne le pensait, couvrant seulement un 300 millionième de degré dans le ciel. Cette découverte peut changer notre compréhension de ce qui émet exactement les signaux, ou que la Terre s’est retrouvée dans une position très spécifique pour la voir.

Selon Sara Issaoun, chercheuse principale sur le projet :

Cela peut indiquer que l’émission radio est produite dans un disque de gaz infernal plutôt que par un jet radio. Cependant, cela ferait de Sagittaire A* une exception par rapport aux autres trous noirs émetteurs de radio. L’alternative pourrait être que le jet radio pointe presque vers nous.

A l’avenir, un réseau de télescopes encore plus sensible, connu sous le nom de Event Horizon Telescope, prévoit d’étudier Sagittaire A* à une fréquence de 230 GHz. Cela devrait permettre d’obtenir des images d’une résolution encore plus élevée du trou noir supermassif.

Selon Michael Johnson, coauteur de l’étude :

Même si la diffusion brouille et déforme l’image du Sagittaire A*, l’incroyable résolution de ces observations nous a permis de déterminer les propriétés exactes de la diffusion. Nous pourrions alors éliminer la plupart des effets de la diffusion et commencer à voir à quoi ressemblent les choses près du trou noir. La bonne nouvelle, c’est que ces observations montrent que la diffusion n’empêchera pas l’Event Horizon Telescope de voir une ombre de trou noir à 230 GHz, s’il y en a une à voir.

L’étude publiée dans The Astrophysical Journal : The Size, Shape, and Scattering of Sagittarius A* at 86 GHz: First VLBI with ALMA et présentée sur le site de l’université Radboud : Lifting the veil on the black hole at the heart of our Galaxy.