Sur la photo : Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée

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  • Les astronomes ont capturé pour la première fois une image claire du gigantesque trou noir supermassif au centre de notre galaxie.

    Le Sagittaire A*, ou Sgr A* en abrégé, est à 27 000 années-lumière de la Terre. Les scientifiques savaient depuis un moment qu’il y avait un objet mystérieux dans la constellation du Sagittaire émettant de fortes ondes radio, bien qu’il n’ait été vraiment découvert que dans les années 1970. Bien que les astronomes aient réussi à caractériser certaines des propriétés de l’objet, les experts ne savaient pas exactement ce qu’ils regardaient.

    Des années plus tard, en 2020, le prix Nobel de physique a été décerné à une paire de scientifiques, qui ont mathématiquement prouvé que l’objet devait être un trou noir supermassif. Maintenant, leur travail a été vérifié expérimentalement sous la forme du tout premier instantané de Sgr A *, capturé par plus de 300 chercheurs travaillant dans 80 institutions de la collaboration Event Horizon Telescope.

    Ne nous semble pas si gigantesque que ça… La photo du Sagittaire A*. Cliquez pour beaucoup plus grand. Source : EHT Collaboration

    Ce rassemblement de taches orange quelque peu floues peut ne pas sembler impressionnant à première vue, mais la forme et la structure sont les signes caractéristiques d’un trou noir supermassif : une forme circulaire en forme de beignet ; le trou intérieur marque le bord ou l’horizon des événements et est entouré d’un anneau lumineux de rayonnement.

    Huit télescopes au sol situés dans le monde entier ont été utilisés pour capturer la lumière de Sgr A * à partir de 2017. Les chercheurs ont rassemblé 3,5 pétaoctets d’observations et les ont intégrées à des algorithmes complexes de traitement d’image exécutés sur des superordinateurs pour construire l’image. Les données de ces télescopes doivent être soigneusement comparées et traitées ; les scientifiques doivent prendre en compte des facteurs tels que la position des instruments et la rotation de la Terre pour construire une image stable et directe.

    “La masse et la distance de l’objet étaient connues très précisément avant nos observations”, a déclaré cette semaine Luciano Rezzolla, professeur d’astrophysique théorique à l’Université Goethe de Francfort.

    “Nous avons donc utilisé ces contraintes strictes sur la taille de l’ombre pour exclure d’autres objets compacts – tels que les étoiles bosoniques ou les trous de ver – et avons conclu que : “Ce que nous voyons ressemble définitivement à un trou noir”.

    Rezzolla a déclaré que construire l’image à partir des télescopes revient à essayer de former une photo d’un sommet de montagne à partir d’une série d’images accélérées ; au fur et à mesure que les nuages ​​passent et que le soleil se lève et se couche, le pic change d’un plan à l’autre. Le sommet de la montagne dans ce cas est un trou noir supermassif qui est non seulement loin, très loin et minuscule mais aussi invisible.

    Richard Anantua, professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’Université du Texas à San Antonio, a décrit les algorithmes appliqués aux observations du télescope. “Afin de convertir des données clairsemées en images, nous utilisons des méthodes établies comme l’algorithme CLEAN pour supprimer la fonction d’étalement ponctuel du faisceau intrinsèque à l’instrument d’observation”, a-t-il déclaré. Le registre. “Nous confirmons également nos images par des méthodes de maximum de vraisemblance, y compris des a priori pour la douceur, la rareté et l’entropie maximale.”

    Ce code a été exécuté sur divers clusters de supercalculateurs. “Nous avons utilisé une grande variété d’installations informatiques de recherche – à la fois connectées à des universités affiliées à l’EHT et à d’autres institutions. Certaines des installations principalement utilisées comprennent le Black Hole Cluster de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaigne et le Texas Advanced Computing Cluster et le Open Science Grid”, a-t-il ajouté.

    Sgr A* ressemble beaucoup à M87*, un trou noir supermassif de 6,5 milliards de masse solaire situé dans la galaxie M87 à 50 millions d’années-lumière. Les scientifiques estiment que les deux images prises par la collaboration EHT indiquent que tous les types de trous noirs se ressemblent, quelle que soit leur taille, car ils sont régis par les lois de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

    “Nous avons maintenant une image cohérente qui donne l’impression que la relativité générale fonctionne aux deux extrémités des trous noirs supermassifs”, a déclaré Kazunori Akiyama, chercheur à l’observatoire Haystack du MIT.

    Armés de ces images, les astronomes peuvent désormais comparer les deux objets pour en savoir plus sur les trous noirs supermassifs et leurs effets. “Nous avons maintenant affaire à des images d’une population de trous noirs, nous sommes donc en mesure d’étudier la démographie des trous noirs. Les deux images ont des structures annulaires globales, mais seul M87* a un profil azimutal déséquilibré. Sgr A* a des taches de cohérence flux uniformément réparti sur tout l’anneau », nous a expliqué Anantua.

    Les boffins de la collaboration ETH ont les yeux rivés sur plusieurs trous noirs supermassifs qu’ils pensent pouvoir imager, comme l’éventuel objet binaire OJ 287, à 3,5 milliards d’années-lumière, a déclaré Anantua.

    Les recherches de la collaboration ETH détaillant tout, de l’ombre, de la masse et de la forme de Sgr A * à la façon dont l’image a été capturée et traitée, ont été publiées dans de nombreuses publications universitaires répertoriées ici. ®

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