2019 nous a apporté la première image d'un trou noir. Un film peut être à côté



Les trous noirs sont notoirement
bêtes timides. Les monstres supermassifs qui habitent au centre des galaxies
peser des millions à des milliards de fois la masse du soleil et contrôler le destin
de tout ce qui se trouve à proximité, y compris la lumière. Malgré une telle dimension
influence sur leurs galaxies d'origine, les trous noirs ne montrent jamais leur visage.

Jusqu'à maintenant.
Après plus d'une décennie de travail, les résultats du Event Horizon Telescope, ou
EHT, a stupéfié le monde cette année avec la première image directe d'un trou noir
horizon des événements, la région au-delà de laquelle même la lumière ne peut pas s'échapper.

Pour créer cette image remarquable, les scientifiques ont bricolé un «télescope» massif en connectant sept observatoires du monde entier pour créer un outil (SN: 27/04/19, p. 7). Le résultat: une image de la silhouette ronde d'un trou noir sur le fond en forme d'anneau de son disque d'accrétion brillamment brillant, le gaz et d'autres matériaux attirés par l'appétit gravitationnel vorace du trou noir.

Presque immédiatement, cette image a étayé la théorie générale de la relativité d'Einstein, pesée sur (SN en ligne: 22/04/19) et fourni la preuve que les horizons des événements sont réels. Maintenant, l'équipe EHT est en train de creuser ce que la grande quantité de données du télescope peut révéler, dans l'espoir de percer plus de mystères du trou noir.

"C'est juste
le début de ce type de nouvelle ère d'observation des horizons des événements », explique Kazu
Akiyama, membre de l'équipe EHT et astrophysicien au MIT Haystack Observatory
à Westford, Mass.

Voici comment les scientifiques ont capturé la première image du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87.

Le, dévoilé en avril, portait sur une galaxie éloignée, M87 (SN: 27/04/19, p. 6). À environ 6,5 milliards de masses solaires, le trou noir du M87 est 1 000 fois plus massif que l'autre cible d'EHT, le trou noir au centre de la Voie lactée. Ce trou noir, Sagittaire A *, également connu sous le nom de Sgr A *, pèse environ 4 millions de fois la masse du soleil.

Être plus
massif a fait du géant du M87 un sujet plus facile. Des gaz tourbillonnant autour de ce noir
le trou était plus lent et changeait la luminosité moins souvent et moins dramatiquement
que ceux qui se déplacent plus agilement autour de Sgr A *.

«M87 était assis
toujours pour son portrait », explique Andrew Chael, membre de l'équipe EHT, astrophysicien
à l'Université de Princeton. "Sgr A * est comme un guépard qui traverse le cadre."

Dans les données
collecté pendant une semaine en avril 2017, Sgr A * a changé d'apparence au fil
cours de quelques minutes. Alors que le trou noir du M87 se prêtait à un seul
image fixe, "pour Sgr A *, nous devrons peut-être construire un film", explique Akiyama.

Le plus simple
moyen de faire un film serait de décomposer les observations d’une nuit en
segments, faire une image de chaque segment et les enchaîner, dit EHT
membre de l'équipe Katie Bouman, data scientist chez Caltech. Mais il n'y a pas assez
même dans le plus petit segment pour produire une image fiable. "Toi
reconstruire des bêtises », dit-elle.

Au lieu de cela, l'équipe travaille sur des techniques pour combler les lacunes et transmettre des informations sur l'apparence du trou noir dans le temps. "Nous supposons que bien que la source évolue, elle n'évolue pas de manière aléatoire – il y a une certaine continuité dans la façon dont le gaz se déplace autour du trou noir", dit Bouman. Par, elle et ses collègues espèrent comprendre la structure du trou noir.

La prochaine cible du télescope Event Horizon se cache au centre de la Voie lactée (illustré). L'encart zoom sur le Sagittaire A *, révélant des rayons X (bleus) émis par des gaz chauds captés par le trou noir.Radiographie: NASA, UMass, D. Wang et al, infrarouge: NASA, STScI

Un bon aperçu de l'horizon des événements de Sgr A * donnera aux physiciens l'un des meilleurs tests à ce jour de la relativité générale, explique le physicien Feryal Özel de l'Université de l'Arizona à Tucson. Le prédit comment la masse d'un trou noir déforme l'espace-temps (SN: 17/10/15, p. 16). La relativité générale fait également des prévisions précises pour la taille de l'anneau brillant et la silhouette sombre pour les trous noirs d'une masse donnée.

Noir de M87
trou était trop loin pour que les astronomes connaissent précisément sa masse avant
capturer l'image. Mais la masse de Sgr A * est bien connue, grâce à des décennies de
mesures d'étoiles en orbite autour du trou noir de la Voie lactée. Capture de Sgr A *
l'image serait «un test clair de certaines des choses que nous voulons regarder», Özel
dit. «L'anneau et l'ombre, c'est soit la taille que vous attendez, soit ce n'est pas….
C’est une opportunité incroyable pour nous. »

Un film de
Le trou noir du M87 est peut-être également en préparation. «Nos observations ont fourni de bonnes
la preuve que M87 est en train de changer (dans) le délai d'une semaine »,
Dit Akiyama. L'étude de la façon dont les changements du trou noir pourraient révéler des détails
il tourne, faisant tourner du plasma magnétisé autour de lui comme une jupe de danseuse.

Parmi d'autres
trésors en attente dans les données déjà collectées est la polarisation de la lumière
émis par l'anneau brillant du trou noir du M87. Cette mesure de la
orientation des ondes lumineuses – se tortillant de haut en bas, de gauche à droite, ou à un
angle – permet aux scientifiques de déterminer la disposition des champs magnétiques puissants
près du trou noir. On pense que ces champs magnétiques contrôlent la façon dont le noir
les trous s'accumulent.

le
arrangement "vous indique comment le trou noir mange", explique l'astrophysicien et l'équipe EHT
Michael Johnson, membre du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de
Cambridge, Mass. Les trous noirs sont connus pour leurs appétits copieux, mais en fait
"Il est extrêmement difficile de tomber dans un trou noir", dit-il. Un bit en orbite
de la matière va continuer à tourner en orbite pour toujours à moins que certains frottements ou viscosité
l'environnement l'entraîne vers le trou noir.

Les physiciens pensent que les champs magnétiques rendent l'environnement autour des trous noirs visqueux. En 2015, Johnson et ses collègues ont publié des observations EHT de, qui montraient des champs magnétiques enchevêtrés près du trou noir et des champs plus organisés plus loin. Mais ces observations provenaient de seulement quatre télescopes.

Les chercheurs du télescope Event Horizon veulent mesurer les champs magnétiques autour des trous noirs, un indice de la façon dont les objets mangent et grandissent. La conception de cet artiste montre comment les lignes de champ magnétique (bleu) sont disposées autour du trou noir au centre de la Voie lactée.M. Weiss / CfA

«Nous avons cela
belle théorie de la raison pour laquelle les trous noirs peuvent manger, mais nous n'avons jamais vu de preuves
», déclare Johnson. "Donc, si EHT peut voir ces champs magnétiques, nous pourrions avoir notre
premier aperçu de ce processus d'accrétion. »

Polarisation
pourrait également aider à expliquer une caractéristique mystérieuse de M87: il lance un
jet énergétique qui prolonge les années-lumière dans l'espace. Champs magnétiques qui
tordu autour du trou noir car il tourne est important pour lancer le jet,
les physiciens pensent, mais les détails sont flous.

«Si nous pouvions
voir cette polarisation, nous pourrions être en mesure de voir ces processus directement – la
les champs magnétiques et le jet et comment ils sont connectés au trou noir ",
Dit Johnson.

L'EHT redémarrera en avril 2020, cette fois avec 11 observatoires, dont Kitt Peak en Arizona et NOEMA dans les Alpes françaises. Plus loin dans l'avenir, les scientifiques de l'EHT envisagent d'envoyer un télescope dans l'espace. L'extension de l'ESH à l'orbite de la Terre atténuerait les inquiétudes concernant la météo au sol, ce qui ruinerait les observations – et aiderait à rendre les images encore plus nettes de trous noirs encore plus nombreux.