Les trous noirs supermassifs semblent occuper le centre de presque toutes les galaxies. Quand ils avalent activement la matière, ces trous noirs peuvent alimenter des jets énergétiques qui brillent plus intensément que tout le reste de la galaxie et peuvent soutirer la matière libre de celui-ci. En dépit de la masse et de l’énergie impliquées, l’origine de ces jets est extrêmement difficile à mettre en image, à la fois parce qu’ils sont relativement compacts et parce qu’ils sont situés dans des centres surpeuplés de galaxies lointaines.
Maintenant, cependant, les chercheurs mettent sur pied un réseau de télescopes tendus à travers le monde avec l’objectif spécifique d’imager l’environnement à proximité de ces trous noirs supermassifs. L’équipe derrière le télescope Event Horizon la maintenant utilisée pour mettre en image le trou noir au centre de la galaxie M87 et a renvoyé les premières informations sur le disque de matière qui est aspirée vers le centre du trou noir de cette galaxie.
Image d’entête : Ces images, créées en utilisant des modelés informatiques, montrent comment la gravité extrême du trou noir dans la galaxie M87 dénature l’apparence du jet près de l’horizon des évènements. Une partie de la radiation du jet est courbée par la gravité dans un anneau qui est connu comme “l’ombre” du trou noir. (Avery E. Broderick-Perimeter Institute & University of Waterloo)
Il est difficile d’imaginer l’environnement à proximité d’un trou noir supermassif. Ces objets font généralement un million de fois la masse de notre Soleil, mais toute cette matière est comprimée dans un espace qui ne pourrait représenter qu’une fraction du rayon du Soleil. Toute la matière attirée s’empile dans un disque en orbite (appelé disque d’accrétion) qui augmente en densité et en énergie alors que vous vous rapprochez du trou noir. Néanmoins, toute la matière qui traverse un point critique, forme rapidement des spirales vers l’intérieur du trou noir lui-même. La zone intérieure du disque est si énergique qu’elle envoie de la matière vers l’extérieur, à distance du trou noir dans un vent de particules.
Ci-dessous : représentation artistique de la galaxie M87 avec le positionnement de l’horizon des évènements (Event Horizon).
Mais ce n’est pas la partie la plus énergétique. Encore plus loin vers l’intérieur, les intenses lignes de champ magnétique traversent parfois l’horizon des évènements du trou noir lui-même, propulsant des faisceaux intenses de particules chargées loin du trou noir. Ces faisceaux interagissent avec le vent de particules provenant du disque d’accrétion, qui les focalise dans des faisceaux étroits qui se déplacent à une vitesse proche de la lumière. Ceux-ci ont tellement d’énergie qu’ils sont (dans certains cas) capables de propulser des particules à des centaines de milliers d’années-lumière, en les envoyant complètement hors de la galaxie, où les particules ralentissent éventuellement en interagissant avec le milieu intergalactique.
Ci-dessous : l’un des jets relativistes de la galaxie M87 dans la lumière visible (NASA).
C’est ce que les considérations théoriques semblent nous dire. Cependant, cela a été un sérieux défi de réellement percevoir visuellement tout cela. C’est ce que le télescope Event Horizon était destiné à résoudre. Les quatre instruments du télescope ont été dirigés vers le centre de M87 : le télescope James Clerk Maxwell à Hawaï, le télescope submillimétrique de l’Arizona et les deux télescopes de CARMA en Californie. En prenant soin de chronométrer les signaux entrants pour chacun de ces champs (et en utilisant les deux instruments voisins en Californie pour affiner le signal), les chercheurs ont pu transformer ces instruments éloignés en un seul télescope géant, qui pouvait détailler l’environnement proche du trou noir central.
Ce système à fait en sorte d’imager la zone autour du trou noir avec une résolution à l’échelle du rayon de Schwarzchild. Et ils ont pu repérer que la base des jets à haute énergie représentent seulement quelques fois la taille du trou noir lui-même (5,5 fois le rayon Schwarzchild), qui "est compatible avec des échelles sur lesquelles l’énergie est extraite du trou noir et du disque d’accrétion pour alimenter le jet. "
Ceci nous apprend aussi quelque chose sur le disque d’accrétion. Si le disque et le trou noir tourne dans des directions opposées, le bord interne du disque serait beaucoup plus éloigné du trou noir lui-même que s’ils étaient en rotation dans le même sens. La taille des jets, vus ici, est trop petite pour résulte d’un système où les deux corps sont en rotation dans des directions opposées, de sorte que nous pouvons conclure que le disque suit la rotation du trou noir qu’il orbite.
Même si le télescope Event Horizon est amélioré, nous ne sommes pas susceptibles d’avoir une meilleure idée de l’environnement du trou noir, car le modèle construit à partir de l’observation se heurte à des limites qui découlent de nos incertitudes quant à la distance de M87 et la masse du trou noir en son sein. Mais les auteurs espèrent être en mesure d’utiliser le télescope pour poursuivre les observations sur de longues périodes, étant donné que le disque d’accrétion contient probablement une répartition inégale de matière, ce qui pourrait créer des irrégularités périodiques.
De plus, par la suite, ils espèrent diriger le télescope sur le trou noir de notre galaxie. Il n’est pas aussi actif que M87, mais il semble encore avalé suffisamment de matière pour le scruter en haute résolution.
L’étude publiée sur Science : Jet-Launching Structure Resolved Near the Supermassive Black Hole in M87 et plus de détails sur le blog de Matthew Francis : Big Telescopes Reveal the Maelstrom Around a Black Hole.
