Lorsque les scientifiques ont dévoilé la première image historique d'un trou noir de l'humanité en 2019 - représentant un noyau sombre encerclé par une aura ardente de matière tombant vers lui - ils pensaient que des images et des idées encore plus riches attendaient d'être extraites des données.

Des simulations ont prédit que, caché derrière l'éclat de la lueur orange diffuse, il devrait y avoir un mince anneau de lumière brillant créé par des photons projetés à l'arrière du trou noir par son intense gravité.

Une équipe de chercheurs dirigée par l'astrophysicien Avery Broderick a utilisé des algorithmes d'imagerie sophistiqués pour essentiellement "remasteriser" l'imagerie originale du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87.

"Nous avons éteint le projecteur pour voir les lucioles", a déclaré Broderick, membre associé du corps professoral de l'Institut Perimeter et de l'Université de Waterloo. "Nous avons pu faire quelque chose de profond :résoudre une signature fondamentale de la gravité autour d'un trou noir."

En « décollant » essentiellement des éléments de l'imagerie, explique le co-auteur Hung-Yi Pu, professeur adjoint à la National Taiwan Normal University, « l'environnement autour du trou noir peut alors être clairement révélé ».

Pour ce faire, l'équipe a utilisé un nouvel algorithme d'imagerie dans le cadre d'analyse du télescope Event Horizon (EHT) THEMIS pour isoler et extraire la caractéristique d'anneau distincte des observations originales du trou noir M87, ainsi que pour détecter l'empreinte révélatrice d'un puissant jet soufflant vers l'extérieur du trou noir.

Les découvertes des chercheurs confirment les prédictions théoriques et offrent de nouvelles façons d'explorer ces objets mystérieux, qui sont censés résider au cœur de la plupart des galaxies.

Les trous noirs ont longtemps été considérés comme invisibles jusqu'à ce que les scientifiques les fassent sortir de leur cachette avec un réseau mondial de télescopes, l'EHT. Utilisant huit observatoires sur quatre continents, tous pointés au même endroit dans le ciel et reliés entre eux par une synchronisation à la nanoseconde ; les chercheurs de l'EHT ont observé deux trous noirs en 2017.

La collaboration EHT a d'abord dévoilé le trou noir supermassif dans M87 en 2019, puis en 2022, le trou noir relativement petit mais tumultueux au cœur de notre propre galaxie de la Voie lactée, appelé Sagittarius A* (ou Sgr A*). Les trous noirs supermassifs occupent le centre de la plupart des galaxies, emballant une quantité incroyable de masse et d'énergie dans un petit espace. Le trou noir M87, par exemple, est deux quadrillions (c'est-à-dire deux suivis de 15 zéros) fois plus massif que la Terre.

Les scientifiques de l'image M87 dévoilés en 2019 étaient un point de repère, mais les chercheurs ont estimé qu'ils pouvaient affiner l'image et glaner de nouvelles informations en travaillant plus intelligemment, pas plus fort. Ils ont appliqué de nouvelles techniques logicielles pour reconstruire les données originales de 2017 à la recherche de phénomènes que les théories et les modèles prédisaient se cachaient sous la surface. La nouvelle image résultante représente l'anneau de photons, composé d'une série de sous-anneaux de plus en plus nets, que l'équipe a ensuite empilés pour obtenir l'image complète.

"L'approche que nous avons adoptée consistait à tirer parti de notre compréhension théorique de l'apparence de ces trous noirs pour construire un modèle personnalisé pour les données EHT", a déclaré Dominic Pesce, membre de l'équipe basée au Center for Astrophysics | Harvard &Smithsonian. "Ce modèle décompose l'image reconstruite en deux éléments qui nous intéressent le plus, afin que nous puissions étudier les deux éléments individuellement plutôt que mélangés."

Le résultat a été possible parce que l'EHT est un « instrument de calcul en son cœur », a déclaré Broderick, titulaire de la chaire John Archibald Wheeler de la famille Delaney à l'Institut Périmètre. "Cela dépend autant des algorithmes que de l'acier. Des développements algorithmiques de pointe nous ont permis de sonder les caractéristiques clés de l'image tout en rendant le reste dans la résolution native de l'EHT."

Les découvertes des chercheurs ont été publiées dans The Astrophysical Journal . + Explorer plus loin

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