Illustration d'un trou noir. © PatinyaS, Adobe Stock
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Aidez les astronomes à percer les secrets des trous noirs supermassifs

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Vous avez toujours rêvé d'aider à découvrir des trous noirs et à percer leurs mystères ? Il y a quelques années, c'était déjà possible en aidant les astrophysiciens à chasser les trous noirs supermassifs dans les données collectées par les radiotélescopes du VLA. La chasse continue aujourd'hui avec l'aide d'un autre réseau de radiotélescopes et un nouveau programme de science participative au niveau mondial. Coordonné en France par l'Observatoire de Paris - PSL, le CNRS et l'université d'Orléans, vous pouvez vous inscrire sur le site Radio Galaxy Zoo: Lofar.

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[EN VIDÉO] Stephen Hawking, l'astrophysicien qui a fait aimer la science  Le grand physicien Stephen Hawking est décédé le 14 mars 2018. Véritable légende de la physique, il fut aussi un très talentueux vulgarisateur. Retour sur la vie hors du commun de ce savant qui a su se faire aimer du public et rendre accessible ses travaux de recherche scientifique : trous noirs, théorie des supercordes, rayonnement de Hawking, théorèmes sur les singularités... La science lui dit un immense merci. 

Interstellar et l'image du trou noir M87* révélée par la collaboration de l’Event Horizon Telescope vous ont fasciné. Vous aussi vous auriez envie de prendre part à l'une des plus grandes aventures entreprises par la noosphère du géochimiste Vladimir Vernadsky et du géologue et paléontologue Pierre Teilhard de Chardin, l'esprit collectif en quelque sorte des Homo sapiens, découvrir les mystères des trous noirs supermassifs et leur rôle dans l'évolution des galaxies, évolution dont on sait que dans la Voie lactée elle a débouché sur l'existence d'exoplanètes et d'au moins une biosphère, celle de la Terre.

Comme le prophétisait dès les années 1960 Arthur Clarke, lors d'une émission de la BBC, les progrès des télécommunications et de l'informatique ont non seulement aidé cette noosphère à développer une conscience et une culture planétaires, mais l'essor depuis plus de 30 ans d’Internet permet aussi à quiconque possède un ordinateur d'aider la communauté scientifique à faire des découvertes sans posséder de formation scientifique. Depuis quelques années déjà, comme l'expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous, il était donc possible d'aider les astrophysiciens à débusquer des trous noirs supermassifs en se connectant en ligne à Radio Galaxy Zoo dans le cadre du célèbre Zooniverse. Ce portail de science citoyenne bien connu est une extension du projet original Galaxy Zoo qui invitait les internautes à classer les galaxies.

Une présentation de Lofar. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © WebsEdgeEducation

Lofar et les trous noirs supermassifs

Cette quête vient de recevoir une nouvelle impulsion grâce au plus grand radiotélescope jamais construit, en réalité un réseau de milliers de petits radiotélescopes, et qui a été baptisé Lofar (Low Frequency Array). Ce radiotélescope est exploité par l'Institut néerlandais de radioastronomie (Astron) qui coordonne des prises de données par des instruments répartis en Europe. La partie française de Lofar étant, sans surprise, installée à Nançay, dans le Cher, au sein de la célèbre et ancienne station de radioastronomie de l'Observatoire de Paris (Observatoire de Paris - PSL/CNRS /Université d'Orléans). Astron utilise donc une technique de synthèse d'ouverture par interférométrie qui, dans le cas présent, permet de combiner les signaux des différentes antennes pour créer un radiotélescope géant virtuel, dont la taille peut atteindre l'équivalent de 15.000 terrains de football.

Un nouveau programme de science participative concernant les trous noirs supermassifs a donc été lancé, toujours en ligne et sous le nom de Lofar Radio Galaxy Zoo. Il s'agit, à nouveau, pour les internautes de regarder et analyser des images de sources radio parmi les quatre millions de sources déjà découvertes avec Lofar pour aider à les associer à des galaxies vues par des télescopes observant à d'autres longueurs d'onde, par exemple dans le visible. On peut se faire une idée de ce dont il est question avec les images ci-dessous.

Voici une image dans le visible d'une zone de la voûte céleste montrant de nombreuses étoiles et galaxies. © Lofar Radio Galaxy Zoo, Observatoire de Paris - PSL
Un exemple de sources radio détectées avec ses jets de matière, 3C236, vue par Lofar dans la région précédente. © Lofar Radio Galaxy Zoo, Observatoire de Paris - PSL
La galaxie qui héberge le trou noir à l’origine des jets radio a été identifiée grâce à la superposition des deux images, 3C236 est une radio-galaxie de type Fanaroff et Riley et de classe II (FR II). C'est l'une des plus grandes radio-galaxies connues, avec une structure radio ayant une taille linéaire totale supérieure à 15 millions d'années-lumière. © Lofar Radio Galaxy Zoo, Observatoire de Paris - PSL

Lofar et les jets de matière des trous noirs

Les jets de matière, que l'on observe bien dans le domaine radio, étudiés avec Lofar sont les produits de ce que les astrophysiciens appellent des noyaux actifs de galaxies, notamment des quasars. Tout indique qu'ils sont en liaison directe avec l'accrétion d'importantes quantités de matière par un trou noir de Kerr en rotation, contenant de plusieurs millions à plusieurs milliards de masses solaires.

Ces jets sont donc liés à la croissance des trous noirs supermassifs, laquelle est liée à celle des galaxies. Or, on ne comprend pas aussi bien qu'on le voudrait cette croissance conjointe et encore moins l'origine de ces trous noirs géants. En multipliant les observations concernant ces jets et ces noyaux actifs de galaxies, on peut espérer avoir de nouvelles clés pour résoudre ces énigmes.

Sur le site de Lofar Radio Galaxy Zoo, les astronomes expliquent en ces termes pourquoi ils ont besoin des internautes de la noosphère :

« Lofar a réalisé des images de centaines de milliers de ces jets et galaxies, identifiés par un programme informatique automatique. Malheureusement, ce programme n'est pas parfait et parfois il divise une seule source radio en plusieurs composants séparés. Les radioastronomes ont besoin de votre aide pour associer les composants que le programme de recherche de source a séparés par erreur. Cela nous permettra de reconstruire les sources radio complètes à partir de leurs composants séparés.

Les astronomes sont également intéressés à identifier la galaxie qui alimente l'émission radio. Ces galaxies peuvent être vues à des longueurs d'onde visibles et fournissent des données supplémentaires pour aider les astronomes à déterminer, par exemple, la distance jusqu'à la source observée. »

Le projet Lofar Radio Galaxy Zoo est disponible en sept langues dont le français sur ce site et il existe aussi un didacticiel en français pour prendre part à cette grande aventure. Lancez-vous !

Vidéo du didacticiel « Radio Galaxy Zoo: LOFAR ». © Lofar GalaxyZoo

Pour en savoir plus

Devenez chasseur de trous noirs supermassifs avec Radio Galaxy Zoo

Article de Laurent Sacco publié le 24/12/2013

Vous avez toujours rêvé de découvrir des trous noirs et de percer leurs mystères ? Vous pouvez aider les astrophysiciens en participant avec eux à la chasse aux trous noirs supermassifs dans les données collectées par les radiotélescopes du VLA et dans les images prises en infrarouge par les satellites Wise et Spitzer. Il vous suffit d'aller sur le site de Radio Galaxy Zoo. Grâce à vous, on pourrait mieux comprendre comment sont nés et ont évolué les quasars.

Comment sont nés les trous noirs supermassifs au centre des galaxies ? D'où viennent ces monstres en rotation qui contiennent de quelques millions à quelques milliards de masses solaires et qui sont à l'origine des quasars et des noyaux actifs de galaxies ? On ne le sait pas vraiment, bien que l'on ait proposé plusieurs théories au cours des dernières décennies. On pense qu'ils évoluent de pair avec les galaxies qui les hébergent puisque celles-ci sont souvent environ mille fois plus massives que ces astres compacts géants.

Pendant longtemps, on pensait que les trous noirs supermassifs grossissaient à l'occasion de collisions entre galaxies. Ce qui entraînait à la fois la fusion des deux trous noirs géants qu'elles contenaient et apportait du gaz frais au trou noir final. Le trou noir ainsi produit s'entourait alors d'un disque d'accrétion, et jaillissaient aussi de formidables jets de matière relativistes formant des lobes particulièrement lumineux dans le domaine des ondes radio. Cette image simple et plausible s'est brouillée ces dernières années. On ne sait plus très bien quelle est la part des collisions entre galaxies et celle de la chute de filaments intergalactiques de matière froide sur l'horizon de ces trous noirs dans leur processus de croissance.

Une chasse aux noyaux actifs de galaxies

Pour y voir plus clair, il faudrait disposer d'observations d'un grand nombre de trous noirs supermassifs en train d'accréter de grandes quantités de matière sur une longue période de l'histoire de l'univers observable. Ces trous noirs se signalant par des émissions dans une certaine bande de l'infrarouge et par la présence de lobes radio brillants, il faut donc partir à la recherche d'objets possédant ces deux caractéristiques.

Cette vidéo montre d'abord une image dans le visible de la galaxie elliptique géante Hercules A. On voit ensuite les images des lobes radio provoqués par les jets de matière issus du trou noir supermassifs au cœur de Hercules A. © Nasa, Esa

La bonne nouvelle est que des collectes d'images contenant de tels objets ont déjà été réalisées. Il y a eu par exemple la campagne d'observation Faint Images of the Radio Sky at Twenty-Centimeters (First). Elle a fourni environ 175.000 images lors d'un sondage profond d'une bonne partie de la voûte céleste. First a été effectuée entre 1993 et ​​2011 avec les 27 radiotélescopes du VLA (Very Large Array).

Dans le domaine infrarouge, des trous noirs supermassifs se cachent parmi les données collectées de 2009 à 2011 par Wise (Wide-Field Infrared Survey Explorer). Ses 175.000 images peuvent être comparées à celles de First. Spitzer, après épuisement de son système de refroidissement à l'hélium, restait tout de même en mesure de réaliser des observations en infrarouge révélant l'existence de trous noirs géants dans les 6.000 images qu'il a prises.

La mauvaise nouvelle est que toutes les sources radio ne sont pas des lobes de noyaux actifs de galaxies. Et il n'est pas facile d'associer, à l'aide d'un ordinateur, des émissions radio à une source infrarouge provenant d'un trou noir supermassif.

Des images radio à associer à des images infrarouges de Wise

Heureusement, les capacités d'association visuelle d'un cerveau humain sont encore bien supérieures à celles des ordinateurs pour certaines tâches et en particulier celle de corréler les observations de First avec celles de Wise et Spitzer. C'est pourquoi les astrophysiciens viennent de mettre en ligne Radio Galaxy Zoo dans le cadre du célèbre Zooniverse. Ce portail de science citoyenne bien connu est une extension du projet original Galaxy Zoo qui invitait les internautes à classer les galaxies. Récemment, c'étaient à la chasse aux exoplanètes qu'il conviait tout un chacun.

Aujourd'hui, vous pouvez aider les astrophysiciens à découvrir des trous noirs supermassifs et surtout à comprendre leur origine et leur histoire, qui est probablement aussi celle de la naissance et de l'évolution des galaxies. Il suffit de cliquer sur Radio Galaxy Zoo...

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