Image ALMA du disque d'hydrogène gazeux froid circulant autour du trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Les couleurs représentent le mouvement du gaz par rapport à la Terre :la partie rouge s'éloigne, donc les ondes radio détectées par ALMA sont légèrement étirées, ou décalé, à la portion « la plus rouge » du spectre ; la couleur bleue représente le gaz se déplaçant vers la Terre, donc les ondes radio sont légèrement froissées, ou décalé, à la partie "la plus bleue" du spectre. Le réticule représente l'emplacement du trou noir. Crédit :ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E.M. Murchikova; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
De nouvelles observations d'ALMA révèlent un disque inédit de fraîcheur, gaz interstellaire enroulé autour du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Ce disque nébuleux donne aux astronomes un nouvel aperçu du fonctionnement de l'accrétion :le siphonnage de matière à la surface d'un trou noir. Les résultats sont publiés dans la revue La nature .
Grâce à des décennies d'études, les astronomes ont développé une image plus claire du quartier chaotique et surpeuplé entourant le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Notre centre galactique est d'environ 26, 000 années-lumière de la Terre et du trou noir supermassif qui s'y trouve, connu sous le nom de Sagittaire A* (une "étoile"), est 4 millions de fois la masse de notre Soleil.
Nous savons maintenant que cette région regorge d'étoiles errantes, nuages de poussière interstellaire, et un grand réservoir de gaz à la fois incroyablement chauds et relativement plus froids. Ces gaz devraient orbiter autour du trou noir dans un vaste disque d'accrétion qui s'étend à quelques dixièmes d'année-lumière de l'horizon des événements du trou noir.
Jusqu'à maintenant, cependant, les astronomes n'ont pu imaginer que le ténu, partie chaude de ce flux de gaz d'accrétion, qui forme un écoulement à peu près sphérique et n'a montré aucune rotation évidente. Sa température est estimée à 10 millions de degrés Celsius (18 millions de degrés Fahrenheit), soit environ les deux tiers de la température trouvée au cœur de notre Soleil. A cette température, le gaz brille férocement dans la lumière des rayons X, permettant son étude par des télescopes spatiaux à rayons X, à l'échelle d'environ un dixième d'année-lumière du trou noir.
Impression d'artiste de l'anneau de cool, gaz interstellaire entourant le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. De nouvelles observations ALMA révèlent cette structure pour la première fois. Crédit :NRAO/AUI/NSF ; S. Dagnello
En plus de ce chaud, gaz incandescent, des observations antérieures avec des télescopes de longueur d'onde millimétrique ont détecté une vaste réserve d'hydrogène gazeux comparativement plus froid (environ 10 000 degrés Celsius, ou 18, 000 degrés Fahrenheit) à quelques années-lumière du trou noir. La contribution de ce gaz plus froid au flux d'accrétion sur le trou noir était auparavant inconnue.
Bien que notre trou noir du centre galactique soit relativement calme, le rayonnement qui l'entoure est suffisamment fort pour que les atomes d'hydrogène perdent et se recombinent continuellement avec leurs électrons. Cette recombinaison produit un signal de longueur d'onde millimétrique distinctif, qui est capable d'atteindre la Terre avec très peu de pertes en cours de route.
Avec sa sensibilité remarquable et sa capacité puissante à voir les détails fins, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) a pu détecter ce faible signal radio et produire la toute première image du disque de gaz plus froid à seulement environ un centième d'année-lumière (ou environ 1000 fois la distance du Terre au Soleil) du trou noir supermassif. Ces observations ont permis aux astronomes à la fois de cartographier l'emplacement et de tracer le mouvement de ce gaz. Les chercheurs estiment que la quantité d'hydrogène dans ce disque froid est d'environ un dixième de la masse de Jupiter, ou un dix millième de la masse du Soleil.
En cartographiant les décalages de longueurs d'onde de cette lumière radio dus à l'effet Doppler (la lumière des objets se déplaçant vers la Terre est légèrement décalée vers la partie "plus bleue" du spectre tandis que la lumière des objets s'éloignant est légèrement décalée vers la partie "plus rouge" ), les astronomes pouvaient clairement voir que le gaz tournait autour du trou noir. This information will provide new insights into the ways that black holes devour matter and the complex interplay between a black hole and its galactic neighborhood.
"We were the first to image this elusive disk and study its rotation, " said Elena Murchikova, a member in astrophysics at the Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey, and lead author on the paper. "We are also probing accretion onto the black hole. This is important because this is our closest supermassive black hole. Even so, we still have no good understanding of how its accretion works. We hope these new ALMA observations will help the black hole give up some of its secrets."
