Cette image d'un trou noir supermassif est simulée par ordinateur. D'ici fin 2017, le télescope Event Horizon vise à montrer au monde, pour la première fois, l'anneau lumineux de l'horizon des événements d'un trou noir. Nasa, ESA, et D. Coe, J. Anderson, et R. van der Marel (STScI) Un télescope aussi grand que notre planète a commencé la tâche monumentale d'observer le trou noir géant au centre de notre galaxie. Le trou noir supermassif s'appelle Sagittaire A*, et il se cache dans le noyau de la Voie lactée environ 26, 000 années-lumière de la Terre.
Les indices indirects de l'existence du Sagittaire A* sont forts, mais nous devons encore le "voir" directement. Ceci est dû au fait, malgré sa taille, le trou noir est très loin et bien au-delà de la capacité de résolution de nos meilleurs télescopes.
Jusqu'à maintenant.
Pour imager directement ce monstre cosmique, les radiotélescopes les plus puissants du monde se sont associés pour observer le Sagittaire A*, créant un énorme "télescope virtuel" aussi large que notre planète. Ce projet s'appelle le télescope Event Horizon (EHT) et, après des années de planification, il a enfin commencé à observer le Sagittaire A*. Il vérifiera également le trou noir supermassif de M87, une galaxie au centre de l'amas galactique massif de la Vierge.
"Cette semaine annonce une entreprise passionnante et stimulante pour l'astronomie, " France Cordoue, le directeur de la National Science Foundation (NSF), a déclaré dans un communiqué le 5 avril. "Les radiotélescopes du monde entier … travailleront de concert pour tester certaines des théories les plus fondamentales de la physique."
Histoire du trou noir
Les trous noirs règnent comme les objets les plus déroutants et les plus exotiques de notre univers. Dans ces régions de l'espace, la physique "de tous les jours" ne s'applique pas, et la théorie de la relativité générale d'Einstein domine.
Les trous noirs supermassifs comme Sagittarius A* et M87 sont connus pour occuper le cœur de la plupart des galaxies. Ces objets massifs peuvent être des millions à des milliards la masse de notre soleil et semblent être aussi anciennes que les galaxies elles-mêmes. Ils ont une relation intime avec leurs hôtes galactiques et le pouvoir de déclencher la naissance des étoiles. Inversement, ils peuvent également annuler la capacité d'une galaxie à produire tout étoiles. Ces relations complexes entre le trou noir et la galaxie englobent certaines des plus grandes questions qui pèsent sur la cosmologie moderne.
La relativité générale prédit que l'ombre du trou noir devrait être circulaire (au milieu), mais un trou noir pourrait potentiellement aussi avoir une ombre allongée (à gauche) ou aplatie (à droite). Les observations de l'EHT testeront si ces prédictions sont vraies. D. Psaltis et A. Broderick Augmenter la puissance des radiotélescopes grâce à l'interférométrie à très longue base
Pour comprendre ces objets au cœur de nombreuses galaxies, nous devons bien les examiner. Mais pour photographier l'horizon des événements du Sagittaire A* – la région entourant un trou noir où même la lumière ne peut échapper à la gravité d'un trou noir – nous avons besoin d'une technique qui combine la puissance de nombreux télescopes différents.
"L'invention clé dans un télescope est "l'élément de mise au point, '", déclare l'astrophysicien théoricien Avery E. Broderick, qui est professeur agrégé à l'Université de Waterloo et membre du corps professoral du Perimeter Institute of Theoretical Physics en Ontario, Canada. « Galileo a utilisé la propriété des lentilles ; les télescopes modernes utilisent des miroirs. L'élément de mise au point prend toute la lumière qui se propage à travers l'ouverture du télescope et la ramène à un seul endroit au point. »
Plus l'ouverture du télescope est grande, plus la lumière est collectée et donc plus les objets du ciel nocturne qui peuvent être imagés sont sombres et éloignés. Avec la technique de l'interférométrie à très longue ligne de base, les astronomes peuvent brancher des radiotélescopes, éloignés les uns des autres dans différents pays et sur des continents, pour imiter un seul télescope « virtuel » avec une ouverture aussi large que la Terre.
"Nous enregistrons les ondes électromagnétiques dans les stations individuelles [radiotélescope], " poursuit Broderick. " Ensuite, nous ramenons les données à un emplacement central et sur un ordinateur - appelé corrélateur - et retardons le temps qu'il faudrait pour que cette lumière revienne au foyer principal au bon moment.
"Plus les lignes de base [distance entre les observatoires] sont éloignées les unes des autres, plus l'échelle angulaire que nous voyons est petite."
La taille angulaire d'un objet astronomique est sa taille apparente dans le ciel de notre point de vue. Plus un objet est éloigné, plus sa taille angulaire est petite. En combinant de nombreux radiotélescopes différents, l'interférométrie à très longue ligne de base peut permettre aux astronomes de voir des échelles angulaires plus petites et donc d'imager des objets très éloignés que nous ne serions pas en mesure de voir autrement. Et l'échelle angulaire de l'EHT est étonnante; il aura le pouvoir de résoudre quelque chose de la taille d'un grain de raisin posé à la surface de la lune. Cela signifie que le Sagittaire A* distant est encore bien dans les capacités de résolution de l'EHT.
C'est totalement dans le domaine du possible que nous puissions voir quelque chose de totalement différent - et c'est probablement la possibilité la plus excitante.Avery E. Broderick, Astrophysicien théorique et professeur agrégé, Université de WaterlooCombiner et corréler les signaux d'observatoires individuels du monde entier - certains avec des lignes de base de plus de 12, 000 milles (19, 312 kilomètres) – n'est pas une tâche facile. Mais une fois cet objectif atteint, Les astronomes de l'EHT s'attendent à pouvoir résoudre une image de l'ombre du Sagittaire A* et à voir des structures à petite échelle entourant le trou noir, confirmant certaines des théories les plus extrêmes pour la physique dans cet environnement de forte gravité et, peut-être, révélant quelques surprises en cours de route.
"Le Sagittaire A* deviendra un laboratoire pour nous permettre de comprendre comment ces mastodontes ont grandi, " dit Broderick.
Les trous noirs sont bien connus comme des mangeurs féroces. Leurs gravités incroyables attirent les matériaux locaux – poussière, du gaz et des étoiles - qui est ensuite violemment énergisé et chauffé en un disque tourbillonnant, gaz chaud. Puis, heures supplémentaires, une partie de ce matériau est aspirée par le trou noir, augmenter sa masse. Cependant, comme nous n'avons pas été en mesure de voir directement ce qui se passe près de l'horizon des événements du trou noir, comment fonctionne cette accrétion a été un mystère.
Mais lorsque l'EHT est mis en ligne, « nous devrions pouvoir observer la turbulence magnétique qui, selon nous, entraîne cette accrétion, » fait remarquer Broderick. « Nous devrions pouvoir observer les tourbillons turbulents [tourner]; un peu comme regarder l'eau turbulente d'un ruisseau."
Attendre, Il y a plus
Bien que Sagittarius A* soit certainement le trou noir supermassif le plus proche (et le plus connu) de la Terre, ce n'est que la moitié de l'histoire.
"Il y a deux sources (radio) qui sont au dossier cette année – il y a Sagittarius A* et il y a aussi M87, " dit Broderick. Et le trou noir de M87 est très différent du Sagittaire A*.
Bien que M87 soit d'environ 2, 000 fois plus loin de la Terre que le Sagittaire A*, c'est plus que 2, 000 fois plus massif, il apparaîtra donc dans le ciel à l'EHT comme approximativement la même taille angulaire. Quoi de plus, ce trou noir est connu pour être extrêmement actif, projetant des gaz dans l'espace à presque la vitesse de la lumière. Comment ces jets se forment sont un mystère - après tout, les trous noirs sont plus connus pour consommer de la matière, ne pas le cracher dans l'espace !
Les astronomes ont donc une opportunité incroyable d'étudier deux trous noirs cette année, l'un dans la Voie lactée et l'autre dans une galaxie lointaine, donnant aux astronomes une vue sans précédent de deux objets très différents.
"C'est un voyage d'exploration, vous ne savez jamais VRAIMENT ce que vous allez voir, c'est ce qui le rend passionnant, " Broderick dit à HowStuffWorks. " Nous pensons que nous avons des idées et j'ai passé beaucoup de temps à développer des modèles pour l'EHT ... et à déterminer ce que nous pouvons et ne pouvons pas déterminer. Mais c'est totalement dans le domaine du possible que nous puissions voir quelque chose de totalement différent - et c'est probablement la possibilité la plus excitante."
Maintenant c'est génialDonc, quand le monde verra-t-il la première image historique d'un trou noir ? Nous devrons être patients. Ce ne sera probablement qu'en juillet qu'une image commencera à se former, et ce sera probablement fin 2017 que l'on verra, pour la première fois, l'anneau lumineux de l'horizon des événements d'un trou noir.
