Les scientifiques apprennent de nouvelles choses importantes sur le tout premier trou noir à image directe, y compris des comportements conformes à la théorie einsteinienne, mais cela montre également une caractéristique inattendue sous la forme d’un anneau très bancal.
On dirait qu’il y a une éternité, mais nous avons finalement pu nous régaler des yeux sur le retour apparemment invisible en avril 2019, lorsque ce image incroyable d’un trou noir supermassif a été publié pour la première fois. Bien sûr, nous ne pouvons pas réellement «voir» le trou noir, car, Comme n’importe quel 6– un an vous le dira volontiers, les trous noirs ont l’habitude d’aspirer la lumière. Ce que l’image montre, cependant, est un anneau asymétrique, connu sous le nom d’ombre du trou noir, de gaz surchauffé tourbillonnant autour de l’horizon des événements du trou noir – cette limite au-delà de laquelle la lumière ne peut pas s’échapper.
Ce trou noir particulier, avec la masse de 6,5 milliards de soleils, se trouve 55 millions de lumièreans dans la galaxie Messier 87, ou M87 en abrégé. Le trou noir, désigné M87 *, a été photographié par le télescope Event Horizon en avril 2019, dans ce qui était réalisation scientifique historique. L’image a fourni une vue statique de M87 *, mais nouveau recherche publié cette semaine dans The Astrophysical Journal montre qu’il est désormais possible d’étudier les changements physiques de ce trou noir et de ses environs au fil du temps.
Les astronomes du projet EHT ont observé M87 * pendant unsemaine d’avril 2017, ce qui ne leur a pas donné suffisamment de temps pour suivre les aspects dynamiques du système, comme les changements de forme. Mais les chercheurs ont maintenant fait exactement cela, en étudiant les données EHT d’archives retour à 2009.
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« Si vous voulez voir un trou noir évoluer sur une décennie, rien ne remplace une décennie de données », m’a dit Maciek Wielgus, astronome au Center for Astrophysics à Harvard & Smithsonian et l’auteur principal du nouvel article, dans un communiqué de presse.
EHT est un grand réseau de télescopes composé d’antennes radio stratégiquement placées dans le monde entier. Le système a atteint sa pleine puissance opérationnelle en 2017, et, avec des plats à cinq endroits différents, cela a abouti à une sorte de «parabole radio de la taille de la Terre», en quelque sorte décrit dans un communiqué de presse publié par l’Institut Max Planck de radioastronomie. Surtout, cependant, un premier prototype du réseau EHT recueillait des informations astronomiques importantes pendant la construction du système. Plus précisément, les observations du monstrueux trou noir ont été recueillies de 2009 à 2012 sur trois sites et en 2013 sur quatre sites.
«Bien que ces observations ne contiennent pas suffisamment d’informations pour produire des images, elles sont suffisantes pour contraindre des modèles géométriques simples», ont écrit les auteurs dans la nouvelle étude.
Une technique de modélisation statistique, associée à des hypothèses éclairées, a permis aux chercheurs de cartographier les changements du système au fil du temps, dans un processus qui comprenait des observations recueillies par EHT jusqu’en 2019.
Comme les modèles l’ont montré, la forme générale de cette chose est restée constante au cours des 10 dernières années, ce qui est une bonne nouvelle si vous êtes fan d’Albert Einstein. Le diamètre fixe de l’ombre du croissant pour un trou noir de cette taille concorde avec une prédiction tirée de sa célèbre théorie de la relativité générale.
« Dans cette étude, nous montrons que la morphologie générale, ou la présence d’un anneau asymétrique, persiste très probablement sur des échelles de temps de plusieurs années », a déclaré Kazu Akiyama, un scientifique du MIT et co-auteur de l’étude, dans le Harvard & Communiqué de presse Smithsonian. «Ceci est une confirmation importante des attentes théoriques car la cohérence [of multiple observations] nous donne plus de confiance que jamais sur la nature de M87 * et l’origine de l’ombre. »
Cette constance mise à part, les astronomes ont remarqué une différence majeure, car l’anneau asymétrique semble vaciller dans une large mesure. La forme de la bague n’a pas changé au cours de la dernière décennie, mais elle a tourné.
« En fait, nous voyons beaucoup de variations là-bas », a déclaré Wielgus.
Thomas Krichbaum, astronome au MPIfRA et co-auteur de l’étude, a déclaré que «l’analyse des données suggère que l’orientation et la structure fine de l’anneau varient avec le temps», ce qui est important car il donne une «première impression sur la structure dynamique du flux d’accrétion, qui entoure l’horizon des événements », comme il l’a expliqué dans le communiqué de presse Max Planck.
Le débit d’accrétion – le taux de flux de matière dans un trou noir – pour M87 * semble être variable. Comme les auteurs le spéculent, le gaz incandescent dans l’anneau est dans un état très turbulent, le résultat de champs magnétiques, et c’est ce qui provoque le changement d’apparence du trou noir au fil du temps. C’est super excitant, car la «dynamique de ce vacillement nous permettra de [measure] le flux d’accrétion », a déclaré Anatua.
Avec cet article, nous sommes maintenant entrés dans une nouvelle ère d’étude des zones intimes autour des trous noirs. Les astronomes peuvent suivre les changements de ces systèmes exotiques au fil du temps, et ils devraient pouvoir étudier non seulement le flux d’accrétion mais aussi des phénomènes connexes, tels que jets relativistes. Les caractéristiques physiques des jets relativistes – sorties de particules hautement énergétiques – sont «essentielles pour comprendre les interactions avec le milieu environnant dans la galaxie hôte d’un trou noir», a déclaré Richard Anantua, étude co-auteur, dans le communiqué. Les observations du débit d’accrétion fourniront également un autre moyen pour les scientifiques de tester la relativité générale, une théorie qui a plutôt bien résisté jusqu’à présent.
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