Des astronomes obtiennent la toute première image de la structure en anneau d’un trou noir et de son puissant jet
Pour la première fois, des scientifiques ont produit une image révélant la structure en anneau du disque d’accrétion autour d’un trou noir et du puissant jet relativiste qui lui est associé.
Le trou noir en question est Messier 87 (M87), un trou noir supermassif situé à 55 millions d’années-lumière qui pèse environ 6,5 milliards de fois la masse de notre Soleil. Jusqu’à présent, les astronomes n’avaient pu voir M87 et le jet qu’il produit que sur des photos indépendantes. Aujourd’hui, une équipe internationale de chercheurs a récupéré une image montrant M87 et son jet ensemble dans une image panoramique à une longueur d’onde de 3,5 mm.
Image d’entête : M87 avalant de la matière et projetant un jet. (R.-S.Lu (SHAO) et E.Ros (MPIfR), S.Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
Selon Ru-Sen Lu, de l’Observatoire astronomique de Shanghai et chef d’un groupe de recherche Max Planck à l’Académie chinoise des sciences :
Auparavant, nous avions vu le trou noir et le jet dans des images séparées, mais nous avons maintenant pris une photo panoramique du trou noir et de son jet à une nouvelle longueur d’onde.
Les jets émis par les trous noirs peuvent s’étendre sur des centaines de milliers d’années-lumière et restent l’un des nombreux mystères du cosmos. Les astronomes espèrent que cette nouvelle découverte permettra de répondre à certaines questions, notamment sur la manière dont ils sont créés.
Ci-dessous les différentes “structures” d’un trou noir supermassif (Jet relativiste, horizon des évènements, disque d’accrétion, singularité). (NASA) 
L’image a été créée à l’aide du Global Millimeter VLBI Array (GMVA), un réseau de télescopes répartis dans le monde entier qui collaborent pour produire des images à haute résolution d’objets astronomiques. Cette recherche a utilisé les données obtenues avec le GMVA, qui se compose de télescopes exploités par le Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR/ Allemagne), l’Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM), l’Observatoire spatial d’Onsala (OSO), Observatoire radio de Metsähovi (MRO), Yebes, le Korean VLBI Network (KVN), l’observatoire de Green Bank (GBT) et le Very Long Baseline Array (VLBA).
En combinant tous ces observatoires, l’équipe de recherche a pu obtenir une image de la structure en anneau autour du trou noir pour la première fois à cette longueur d’onde.
Les différentes images du trou noir M87, le premier trou noir imagé, par différentes équipes d’astronomes au fil du temps. (Nature)
Selon Thomas Krichbaum du MPIfR :
Grâce aux capacités d’imagerie grandement améliorées par l’ajout d’ALMA et de GLT aux observations de GMVA, nous avons acquis une nouvelle perspective. Nous voyons en effet le jet à triple crête que nous connaissions grâce aux précédentes observations VLBI. Mais maintenant, nous pouvons voir comment le jet émerge de l’anneau d’émission autour du trou noir supermassif central et nous pouvons mesurer le diamètre de l’anneau également à une autre longueur d’onde (plus grande).
Le diamètre de l’anneau sur l’image est 50 % plus grand que ce qui avait été observé précédemment par le télescope Event Horizon à 1,3 mm. Le diamètre de M87 mesuré par le GMVA est de 64 microarcsecondes. Cela équivaut à la taille d’une ampoule allumée sur Terre, vu par un astronaute sur la Lune.
Représentation d’un trou noir, son disque d’accrétion et son jet relativiste. (S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))
Les nouvelles observations révèlent également de nouveaux détails sur l’emplacement et l’énergie des électrons hautement énergétiques qui produisent le rayonnement synchrotron détecté sur M87. L’équipe a utilisé des simulations informatiques pour tester différents scénarios et en a conclu que la plus grande partie de l’anneau est associée au flux d’accrétion.
Les chercheurs ont également trouvé quelque chose de « surprenant » dans leurs données : le rayonnement de la région intérieure proche du trou noir est plus large que prévu. Cela pourrait signifier qu’il n’y a pas que du gaz qui tombe dans le trou noir. Il pourrait également y avoir un vent qui souffle, provoquant des turbulences et le chaos autour du trou noir.
Malgré cette découverte, la quête pour en savoir plus sur M87 est loin d’être terminée. De futures observations à des longueurs d’onde millimétriques permettront d’étudier l’évolution temporelle du trou noir et d’obtenir une vue polychromatique avec des images en couleurs multiples en lumière radio. Avec une flotte de télescopes puissants à leur disposition, les scientifiques continueront à percer les secrets de l’univers et à révéler les mystères du cosmos.
L’étude publiée dans Nature : A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet et présentée sur le site de l’ESO : First direct image of a black hole expelling a powerful jet et du National Radio Astronomy Observatory : NSF Telescopes Image M87’s Supermassive Black Hole and Massive Jet Together for the First Time.