La fameuse image du trou noir M87* en fausses couleurs. © Event Horizon Telescope Collaboration

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Un an après le trou noir M87*, l'EHT livre l'image d'un jet de quasar

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Un an après l'obtention de la première image d'un trou noir, les membres de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) révèle celles d'un jet associé à un quasar. La résolution obtenue bat un record et montre des détails inédits.

Le 10 avril 2019, la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) révélait la première image de ce qui est très probablement un trou noir supermassif avec un horizon des événements et ce, au cœur de la radiogalaxie M87. Baptisé M87*, ce trou noir exhibait clairement, dans l'image produite en combinant les observations de plusieurs radiotélescopes sur la planète, l'aspect attendu depuis les premières simulations numériques faites à ce sujet par Jean-Pierre Luminet. On espérait voir aussi une image du trou noir supermassif de notre Voie lactée, Sgr A* mais l'entreprise s'est trouvée être plus difficile que prévu.

Sans doute pour célébrer l'événement, presque un an après, la même collaboration fait savoir que le même instrument géant virtuel, équivalent à un seul radiotélescope dont la résolution permettrait de distinguer une orange sur la Lune depuis la Terre, a permis de faire un zoom inédit sur une autre source radio, un célèbre quasar : 3C 279. Il est situé dans la constellation de la Vierge, à 5 milliards d'années-lumière de la Voie lactée. Comme tous les quasars, il s'agit là aussi d'un trou noir supermassif en rotation, contenant en l'occurrence un milliard de fois la masse du Soleil, et entouré d'un disque d'accrétion.

Une vue d'artiste expliquant le modèle unifié des AGN. Dans tous les cas, il s'agit d'un trou noir supermassif entouré d'un disque d'accrétion, lui-même bordé par un énorme tore de poussières et de gaz. Des jets de particules sont émis et lorsque l'on observe un AGN parallèlement à l'un de ces jets, on obtient un blazar très lumineux. Perpendiculairement, le rayonnement perçu est moins intense et l'on voit surtout une source radio. Entre les deux, et quand l'activité est très forte, on voit un quasar. © NRAO Outreach

Un jet faussement supraluminique

3C 279 génère de jets de matière au niveau de ce disque et la célébrité de ce quasar vient justement du fait qu'il fut le premier à exhiber avec eux, en 1973 dans les observations d'un radiotélescope, un exemple de mouvement apparemment supraluminique. Il s'agit en réalité d'une sorte d'illusion d'optique particulièrement spectaculaire qui se produit lorsqu'un jet de trou noir est dirigé presque dans notre direction et qui semble montrer deux parties de matière s'éloigner l'une de l'autre plus vite que la lumière sur la voûte céleste. Mais il n'en est rien, la théorie d'Einstein n'est pas violée.

Aujourd'hui, en utilisant la technique de l'interférométrie à très longue base (ou VLBIVery Long Baseline Interferometry) qui synchronise et relie des antennes paraboliques du monde entier, les membres de l'EHT ont obtenu des images avec une résolution record (20 micro-arcsecondes) pour des jets de quasars, comme s'ils disposaient d'un radiotélescope de la taille de la Terre, ainsi qu'ils l'expliquent dans un article publié dans Astronomy & Astrophysic. Elles ont été obtenues après une longue analyse des données collectées en avril 2017.

On peut ainsi distinguer pour la première fois des détails plus petits qu'une année-lumière, ce qui permet de zoomer jusqu'à la base du jet au niveau du disque d'accrétion de 3C 279 et de le voir en action. Les chercheurs ont alors constaté que le jet a une forme torsadée inattendue à sa base et que des structures perpendiculaires au jet pourraient être interprétées comme les pôles du disque d'accrétion où les jets sont éjectés.

On voit avec ces images les progrès en résolution obtenus avec des réseaux de radiotélescopes de plus en plus grands, du Very Long Baseline Array (VLBA) à l'EHT. © J.Y. Kim (MPIfR), Boston University Blazar Program (VLBA and GMVA), and Event Horizon Telescope Collaboration

Bientôt des films de l'activité des trous noirs supermassifs

Enfin, la haute résolution atteinte permet de constater des détails fins qui changent au cours des jours consécutifs, peut-être en raison de la rotation du disque d'accrétion, ou bien alors des fluctuations du processus d'accrétion de matière lui-même comme le prédisaient des simulations numériques mais qui n'avaient jamais été observés auparavant.

Les chercheurs sont enthousiastes. Non seulement ils continuent de travailler sur des données déjà collectées concernant d'autres trous noirs au cœur de galaxies actives telles que Centaurus A, OJ 287 et NGC 1052, mais ils pensent également que, avec les années et l'ajout d'autres radiotélescopes, ils vont obtenir des images encore plus précises. Au moins dans le cas de Sgr A*, il devrait même être possible de réaliser de véritables films montrant les variations d'activité des trous noirs géants absorbant de la matière et l'éjectant de leurs disques d'accrétions.

L'Univers nous réserve certainement des surprises au cours de cette décennie avec l'EHT. Il serait peut-être possible, par exemple, d'avoir des tests de certaines théories de gravitation quantique comme l'expliquait Aurélien Barreau à Futura l'an dernier.

On voit toujours avec les images dans cette vidéos les progrès en résolution obtenus avec des réseaux de radiotélescopes de plus en plus grands. On voit également l'évolution dans le temps du jet du quasar partant de son disque d'accrétion. Un effet d'optique transluminique intervient avec une vitesse apparente de 20 fois celle de la lumière mais en réalité, la matière se déplace à 0,995 fois cette vitesse, en accord avec la théorie de la relativité d'Einstein. © Perimeter Institute for Theoretical Physics

  • 3C 279 est un un célèbre quasar situé dans la constellation de la Vierge, à 5 milliards d’années-lumière de la Voie lactée. Comme tous les quasars, il s’agit là aussi d’un trou noir supermassif en rotation, contenant, en l’occurrence, un milliard de fois la masse du Soleil, et entouré d’un disque d’accrétion.
  • Un an après l'obtention de la première image d'un trou noir, les membres de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) en révèlent celles d'un jet associé à un quasar. La résolution obtenue bat un record et montre des détails inédits. Elle est équivalente à celle qui permettrait de distinguer une orange sur la Lune depuis la Terre.
  • L'EHT n'est encore qu'au début de sa carrière et de son perfectionnement, il devrait permettre de faire des films de l'activité des trous noirs supermassifs.
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Première image d’un trou noir supermassif : zoom sur l'environnement de M87*  Cette animation d’artiste représente un plongeon en direction d’un trou noir supermassif caché dans une bulle de gaz chaud. Il est entouré d’un disque d’accrétion où la matière est tellement chauffée qu’elle devient un plasma très lumineux à l’origine de jets de matière en relation avec la rotation d’un trou noir de Kerr. En l’occurrence ici il s’agit de M87*, le trou noir supermassif qui a livré la première image d’un tel objet en avril 2019 grâce aux membres de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT). 

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