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RadioAstron et le VLBA scrutent le centre de la Voie lactée

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Lorsque l'Event Horizon Telescope sera opérationnel, il devrait nous fournir des images à haute résolution des abords du trou noir supermassif tapi au centre de la Voie lactée. Grâce au radiotélescope russe RadioAstron, on peut déjà détecter des petites structures dans le gaz entourant cet astre compact. Elles ont été étudiées de plus près avec d'autres radiotélescopes, dont le VLBA.

Cette image composite de Sagittarius A* combine des observations faites dans le domaine radio avec les radiotélescopes VLBA (vert) et BIMA (rouge) ainsi que dans l'infrarouge avec le télescope Spitzer (bleu). Les couleurs rouge, verte et bleue représentent respectivement le gaz froid, le gaz chaud, et les étoiles qui sont en orbite autour de trou noir supermassif de la Voie lactée. Notez l'aspect à trois bras du gaz ionisé dans l'image radio qui se superpose à la distribution des émissions de molécules d'HCN beaucoup plus froides. © NRAO/AUI

Le trou noir supermassif au cœur de notre Galaxie a d'abord été découvert sous la forme d'une source d'ondes radio dès 1974. Bruce Balick et Bob Brown, les deux radioastronomes l'ayant captée dans la constellation du Sagittaire, l'ont baptisée Sagittarius A* à partir du nom de la source précédemment connue, Sagittarius A, qui en couvrait en réalité trois. L'astérisque accolé à Sagittarius A vient de ce que la luminosité intense de cette dernière excitait beaucoup les deux chercheurs, et telle apposition se fait pour désigner un atome excité par un rayonnement. Une autre source, Sagittarius A Est, a dans le même temps été associée aux restes d'une supernova.

Un laboratoire pour la physique des trous noirs et des quasars

Le trou noir supermassif de la Voie lactée intéresse vivement les astrophysiciens, pour plusieurs raisons. Bien sûr, c'est le plus proche de la Terre et donc le plus facile à étudier. En outre, puisque l'on a de bonnes raisons de penser que les quasars sont des trous noirs supermassifs accrétant de la matière, celui-ci constitue un excellent laboratoire non seulement pour tester les théories relativistes de la gravitation et la théorie des trous noirs mais aussi pour mieux comprendre les mécanismes d'accrétion à l'origine du formidable rayonnement des quasars.

Une vue d'artiste du Hubble russe, RadioAstron (ou Spektr R), le radiotélescope spatial développé par le centre spatial Astro rattaché à l'institut de physique Lebedev. © Tigovik, Wikipédia

Mieux comprendre les quasars, et éventuellement démontrer que certains d'entre eux sont en fait associés à des trous de ver, c'est l'une des tâches dévolues à l'équivalent d'Hubble dans le domaine de la radioastronomie, le satellite russe RadioAstron. Il a été lancé en orbite en juillet 2011 depuis Baïkonour et il est utilisé pour faire de la synthèse d'ouverture avec d'autres radiotélescopes au sol, comme celui d'Arecibo et celui de Green Bank. Il a ainsi permis de battre des records de taille en constituant un instrument virtuel géant de plusieurs centaines de milliers de kilomètres de diamètre.

C'est donc tout naturellement que Carl Gwinn, un chercheur de l'université de Santa Barbara, a joint ses forces à celles de ses collègues pour analyser des images de Sagittarius A* prises par RadioAstron. La résolution de ces images a causé une certaine surprise aux astrophysiciens, même s'il s'agissait d'une confirmation. Ils ont en effet détecté des zones brillantes révélant la présence de sous-structures dans le gaz entourant le trou noir supermassif. En fait, l'existence de telles structures était envisagée pour des raisons théoriques depuis les années 1980 et suite à l'observation de traces ténues faite dans les années 1970.

Des clés pour comprendre l'accrétion par des trous noirs 

Les chercheurs ont entrepris d'étudier de plus près ces zones brillantes, comme le montre un article déposé sur arXiv, en utilisant cette fois-ci les observations faites avec le Very Long Baseline Array (VLBA) et le radiotélescope de Green Bank. Il leur a été possible d'obtenir une nouvelle estimation de la taille de Sagittarius A*, compatible avec celles déjà mesurées, à savoir environ 20 fois la taille de l'horizon des événements associé au trou noir supermassif dont la masse est de presque 4 millions de masses solaires. Les astrophysiciens ont même pu sonder la turbulence du gaz dans la région entourant le trou noir.

Personne n'est encore en mesure de faire une « photographie » de ce trou noir et de démontrer qu'il possède bien un horizon des événements conforme aux prédictions de la relativité générale. Il existe toutefois un projet dans ce sens, à savoir celui du Event Horizon Telescope. En attendant la naissance de cet instrument, Gwinn pense qu'il est encore possible de progresser avec les moyens dont on dispose déjà. Selon le chercheur : « Il se peut que nous soyons capables d'extraire plus d'informations que simplement la taille de la zone d'émission. Nous pourrions peut-être obtenir une image simple de la façon dont la matière tombe dans un trou noir ou en est éjectée ».