La collaboration Event Horizon Telescope (EHT), qui a produit la toute première image d'un trou noir publiée en 2019, a aujourd'hui une nouvelle vision de l'objet massif au centre de la galaxie Messier 87 (M87) :à quoi il ressemble en lumière polarisée. C'est la première fois que les astronomes ont pu mesurer la polarisation, une signature de champs magnétiques, ce près du bord d'un trou noir. Cette image montre la vue polarisée du trou noir dans M87. Les lignes marquent l'orientation de la polarisation, qui est lié au champ magnétique autour de l'ombre du trou noir. Crédit :Collaboration EHT
La collaboration Event Horizon Telescope (EHT), qui a produit la toute première image d'un trou noir, a révélé aujourd'hui une nouvelle vue de l'objet massif au centre de la galaxie Messier 87 (M87) :à quoi il ressemble en lumière polarisée. C'est la première fois que les astronomes ont pu mesurer la polarisation, une signature de champs magnétiques, ce près du bord d'un trou noir. Les observations sont essentielles pour expliquer comment la galaxie M87, situé à 55 millions d'années-lumière, est capable de lancer des jets énergétiques à partir de son noyau.
"Nous voyons maintenant la prochaine preuve cruciale pour comprendre comment les champs magnétiques se comportent autour des trous noirs, et comment l'activité dans cette région très compacte de l'espace peut entraîner des jets puissants qui s'étendent bien au-delà de la galaxie, " dit Monika Moscibrodzka, Coordinateur du groupe de travail EHT Polarimetry et professeur assistant à l'Université Radboud aux Pays-Bas.
Le 10 avril 2019, les scientifiques ont publié la première image d'un trou noir, révélant une structure en forme d'anneau brillant avec une région centrale sombre - l'ombre du trou noir. Depuis, la collaboration EHT a approfondi les données sur l'objet supermassif au cœur de la galaxie M87 collectées en 2017. Ils ont découvert qu'une fraction importante de la lumière autour du trou noir M87 est polarisée.
« Ce travail est une étape majeure :la polarisation de la lumière véhicule des informations qui nous permettent de mieux comprendre la physique derrière l'image que nous avons vue en avril 2019, ce qui n'était pas possible avant, " explique Iván Martí-Vidal, également coordinateur du groupe de travail EHT Polarimetry et éminent chercheur GenT à l'Université de Valence, Espagne. Il dit, "Le dévoilement de cette nouvelle image en lumière polarisée a nécessité des années de travail en raison des techniques complexes impliquées dans l'obtention et l'analyse des données."
La lumière se polarise lorsqu'elle passe à travers certains filtres, comme les verres des lunettes de soleil polarisées, ou lorsqu'il est émis dans des régions chaudes de l'espace où des champs magnétiques sont présents. De la même manière que les lunettes de soleil polarisées améliorent la vision en réduisant les reflets et l'éblouissement des surfaces lumineuses, les astronomes peuvent affiner leur vision de la région autour du trou noir en regardant comment la lumière qui en provient est polarisée. Spécifiquement, La polarisation permet aux astronomes de cartographier les lignes de champ magnétique présentes au bord intérieur du trou noir.
Cette image composite montre trois vues de la région centrale de la galaxie Messier 87 (M87) en lumière polarisée et une vue, dans la longueur d'onde visible, prise avec le télescope spatial Hubble. La galaxie a un trou noir supermassif en son centre et est célèbre pour ses jets, qui s'étendent bien au-delà de la galaxie. L'image de Hubble en haut capture une partie du jet d'une taille de 6000 années-lumière. Une des images en lumière polarisée, obtenu avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), basé au Chili, dont l'ESO est partenaire, montre une partie du jet en lumière polarisée. Cette image capture la partie du jet, avec une taille de 6000 années-lumière, plus près du centre de la galaxie. Les autres images en lumière polarisée zooment plus près du trou noir supermassif :la vue du milieu couvre une région d'environ une année-lumière et a été obtenue avec le Very Long Baseline Array (VLBA) du National Radio Astronomy Observatory aux États-Unis. La vue la plus agrandie a été obtenue en reliant huit télescopes du monde entier pour créer un télescope virtuel de la taille de la Terre, le télescope Event Horizon ou EHT. Cela permet aux astronomes de voir de très près le trou noir supermassif, dans la région où les jets sont lancés. Les lignes marquent l'orientation de la polarisation, qui est lié au champ magnétique dans les régions imagées. Les données ALMA fournissent une description de la structure du champ magnétique le long du jet. Par conséquent, les informations combinées de l'EHT et de l'ALMA permettent aux astronomes d'étudier le rôle des champs magnétiques depuis le voisinage de l'horizon des événements (tel que sondé avec l'EHT à l'échelle du jour-lumière) jusqu'à bien au-delà de la galaxie M87 le long de ses puissants jets (tels que sondés avec ALMA à l'échelle du millier d'années-lumière). Les valeurs en GHz se réfèrent aux fréquences de lumière auxquelles les différentes observations ont été faites. Les lignes horizontales indiquent l'échelle (en années-lumière) de chacune des images individuelles. Crédit :Collaboration EHT ; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.; Nasa, ESA et Hubble Heritage Team (STScI/AURA); VLBA (NRAO), Kravchenko et al.; J.C. Algaba, I. Martí-Vidal
"Les images polarisées récemment publiées sont essentielles pour comprendre comment le champ magnétique permet au trou noir de " manger " de la matière et de lancer des jets puissants, " déclare Andrew Chael, membre de la collaboration EHT, un Hubble Fellow de la NASA au Princeton Center for Theoretical Science et à la Princeton Gravity Initiative aux États-Unis.
Les jets lumineux d'énergie et de matière qui émergent du noyau de M87 et s'étendent sur au moins 5, 000 années-lumière de son centre sont l'une des caractéristiques les plus mystérieuses et énergétiques de la galaxie. La plupart des matières se trouvant près du bord d'un trou noir y tombent. Cependant, certaines des particules environnantes s'échappent quelques instants avant d'être capturées et sont projetées loin dans l'espace sous forme de jets.
Les astronomes se sont appuyés sur des modèles de comportement de la matière près du trou noir pour mieux comprendre ce processus. Mais ils ne savent toujours pas exactement comment des jets plus gros que la galaxie elle-même sont lancés depuis sa région centrale, qui est comparable en taille au système solaire, ni comment, exactement, la matière tombe dans le trou noir. Avec la nouvelle image EHT du trou noir et de son ombre en lumière polarisée, les astronomes ont réussi pour la première fois à examiner la région juste à l'extérieur du trou noir où se produit cette interaction entre la matière entrant et étant éjectée.
Les observations fournissent de nouvelles informations sur la structure des champs magnétiques juste à l'extérieur du trou noir. L'équipe a découvert que seuls les modèles théoriques comportant un gaz fortement magnétisé peuvent expliquer ce qu'ils voient à l'horizon des événements.
"Les observations suggèrent que les champs magnétiques au bord du trou noir sont suffisamment puissants pour repousser le gaz chaud et l'aider à résister à l'attraction de la gravité. Seul le gaz qui glisse à travers le champ peut spiraler vers l'horizon des événements, " explique Jason Dexter, professeur assistant à l'Université du Colorado Boulder, NOUS, et coordinateur du groupe de travail sur la théorie EHT.
