Incluant pour la première fois le puissant ALMA dans une gamme de télescopes, les astronomes ont découvert que l'émission du trou noir supermassif Sagittarius A* au centre de la galaxie provient d'une région plus petite qu'on ne le pensait auparavant. Cela peut indiquer qu'un jet radio du Sagittaire A* est pointé presque directement vers nous. Le papier, dirigé par le Nimègue Ph.D. l'étudiante Sara Issaoun, est publié dans Le Journal d'Astrophysique .

Un nuage brumeux de gaz chaud a empêché les astronomes de faire des images nettes du trou noir supermassif Sagittarius A*, jetant le doute sur sa vraie nature. Les astronomes ont maintenant intégré le puissant télescope ALMA dans le nord du Chili dans un réseau mondial de radiotélescopes pour regarder à travers ce brouillard, mais la source continue de les surprendre - sa région d'émission est si petite que la source peut en fait pointer directement vers la Terre.

Utilisant la technique d'observation de l'interférométrie à très longue base (VLBI) à une fréquence de 86 GHz, qui combine de nombreux télescopes pour former un télescope virtuel de la taille de la Terre, l'équipe a réussi à cartographier les propriétés exactes de la diffusion de la lumière bloquant notre vision du Sagittaire A*. La suppression de la plupart des effets de diffusion a produit une première image de l'environnement du trou noir.

La haute qualité de l'image non diffusée a permis à l'équipe de contraindre les modèles théoriques du gaz autour du Sagittaire A*. La majeure partie de l'émission radio provient d'un simple 300 millionième de degré, et la source a une morphologie symétrique. "Cela peut indiquer que l'émission radio est produite dans un disque de gaz tombant plutôt que par un jet radio, " explique Issaoun, qui a testé plusieurs modèles informatiques par rapport aux données. "Toutefois, cela ferait du Sagittaire A* une exception par rapport aux autres trous noirs émetteurs de radio. L'alternative pourrait être que le jet radio pointe presque vers nous."

le superviseur d'Issaoun Heino Falcke, professeur de radioastronomie à l'université Radboud, appelle cela très inhabituel, mais il ne l'exclut plus non plus. L'année dernière, Falcke aurait considéré cela comme un modèle artificiel, mais récemment, l'équipe GRAVITY est arrivée à une conclusion similaire en utilisant le Very Large Telescope Interferometer de l'ESO des télescopes optiques et une technique indépendante. "C'est peut-être vrai après tout, " conclut Falcke, "et nous regardons cette bête d'un point de vue très spécial."

Les trous noirs supermassifs sont courants dans les centres des galaxies et peuvent générer les phénomènes les plus énergétiques de l'univers connu. On pense que, autour de ces trous noirs, la matière tombe dans un disque en rotation et une partie de cette matière est expulsée dans des directions opposées le long de deux faisceaux étroits, appelés jets, à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, qui produit généralement beaucoup d'émissions radio. Que l'émission radio que nous voyons du Sagittaire A * provienne du gaz entrant ou du jet sortant est un sujet de débat intense.

Le Sagittaire A* est le trou noir supermassif le plus proche et pèse environ 4 millions de masses solaires. Sa taille apparente dans le ciel est inférieure à 100 millionième de degré, qui correspond à la taille d'une balle de tennis sur la Lune vue de la Terre. La technique du VLBI est nécessaire pour le mesurer. La résolution obtenue avec VLBI est encore augmentée par la fréquence d'observation. La fréquence la plus élevée à ce jour pour utiliser VLBI est de 230 GHz. "Les premières observations du Sagittaire A* à 86 GHz datent d'il y a 26 ans, avec seulement une poignée de télescopes. Au cours des années, la qualité des données s'est régulièrement améliorée à mesure que de plus en plus de télescopes se sont joints, " dit J. Anton Zensus, directeur de l'Institut Max Planck de radioastronomie.

Les recherches d'Issaoun et de ses collègues internationaux décrivent les premières observations à 86 GHz auxquelles ALMA a également participé, de loin le télescope le plus sensible à cette fréquence. ALMA a rejoint le Global Millimeter VLBI Array (GMVA) en avril 2017. La participation d'ALMA, rendu possible par l'effort du projet de phasage ALMA, a été déterminant pour la réussite de ce projet.

"Le Sagittaire A* est situé dans le ciel austral, ainsi la participation d'ALMA est importante non seulement en raison de sa sensibilité, mais aussi en raison de sa situation dans l'hémisphère sud, " dit Ciriaco Goddi, du nœud du Centre régional européen ALMA aux Pays-Bas (ALLEGRO, Observatoire de Leyde). En plus d'ALMA, douze télescopes en Amérique du Nord et en Europe ont également participé au réseau. La résolution obtenue était deux fois plus élevée que dans les observations précédentes à cette fréquence, et a produit la première image du Sagittaire A* qui est complètement exempte de diffusion interstellaire, un effet causé par des irrégularités de densité dans le matériau ionisé le long de la ligne de visée entre le Sagittaire A* et la Terre.

Pour supprimer la diffusion et obtenir l'image, l'équipe a utilisé une technique développée par Michael Johnson du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). "Même si la diffusion brouille et déforme l'image du Sagittaire A*, l'incroyable résolution de ces observations nous a permis de cerner les propriétés exactes de la diffusion, " dit Johnson. " Nous pourrions alors supprimer la plupart des effets de la diffusion et commencer à voir à quoi ressemblent les choses près du trou noir. La bonne nouvelle est que ces observations montrent que la diffusion n'empêchera pas le télescope Event Horizon de voir une ombre de trou noir à 230 GHz, s'il y en a un à voir."

Des études futures à différentes longueurs d'onde fourniront des informations complémentaires et d'autres contraintes d'observation pour cette source, qui détient la clé d'une meilleure compréhension des trous noirs, les objets les plus exotiques de l'univers connu.