Communiqué de presse

Les astronomes découvrent de puissants champs magnétiques en spirale à la lisière du trou noir central de la Voie lactée

27 mars 2024

Une nouvelle image prise par la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a permis de découvrir des champs magnétiques puissants et structurés qui s'enroulent en spirale autour du trou noir supermassif Sagittarius A* (Sgr A*). Cette nouvelle vision du monstre tapi au cœur de la Voie lactée, vue pour la première fois en lumière polarisée, a révélé une structure de champ magnétique étonnamment similaire à celle du trou noir au centre de la galaxie M87, suggérant que les champs magnétiques intenses pourraient être communs à tous les trous noirs. Cette similitude laisse également supposer l'existence d'un jet caché dans Sgr A*. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans The Astrophysical Journal Letters.

Conformément à la politique de communication de la Collaboration EHT pour cette découverte, nous avons caché tous les visuels de ce communiqué qui incluent la nouvelle vue polarisée de SgrA* pendant la durée de l'embargo. Pour demander ces visuels, veuillez envoyer un courriel à press@eso.org.

En 2022, des scientifiques ont dévoilé la première image de Sgr A* lors de conférences de presse organisées dans le monde entier, notamment à l'Observatoire Européen Austral (ESO). Bien que le trou noir supermassif de la Voie lactée, qui se trouve à environ 27 000 années-lumière de la Terre, soit plus de mille fois plus petit et moins massif que M87, le tout premier trou noir imagé, les observations ont révélé que les deux se ressemblent remarquablement. Les scientifiques se sont donc demandé si les deux trous noirs avaient d'autres points communs que leur apparence. Pour le savoir, l'équipe a décidé d'étudier Sgr A* en lumière polarisée. De précédentes études de la lumière autour du trou noir M87 (M87*) ont révélé que les champs magnétiques qui l'entourent permettent au trou noir de lancer de puissants jets de matière dans le milieu environnant. S'appuyant sur ces travaux, les nouvelles images ont révélé qu'il pourrait en être de même pour Sgr A*

"Ce que nous constatons aujourd'hui, c'est l'existence de champs magnétiques puissants, tordus et organisés à proximité du trou noir situé au centre de la Voie lactée", a déclaré Sara Issaoun, lauréate de la bourse Einstein du programme Hubble de la NASA au Centre d'astrophysique de Harvard et du Smithsonian, aux États-Unis, et coresponsable du projet. "Outre le fait que Sgr A* présente une structure de polarisation étonnamment similaire à celle observée dans le trou noir M87*, beaucoup plus grand et plus puissant, nous avons appris que des champs magnétiques puissants et structurés sont essentiels pour l'interaction des trous noirs avec le gaz et la matière qui les entourent."

La lumière est une onde électromagnétique oscillante, ou en mouvement, qui nous permet de voir les objets. Parfois, la lumière oscille dans une orientation spécifique, et nous l'appelons alors "polarisée". Bien que la lumière polarisée nous entoure, l'œil humain ne peut la distinguer de la lumière "normale". Dans le plasma qui entoure ces trous noirs, les particules qui tourbillonnent autour des lignes de champ magnétique impriment un schéma de polarisation perpendiculaire au champ. Cela permet aux astronomes de voir de façon de plus en plus détaillée ce qui se passe dans les régions des trous noirs et de cartographier leurs lignes de champ magnétique.

"L'imagerie de la lumière polarisée émise par les gaz chauds et incandescents à proximité des trous noirs nous permet de déduire directement la structure et l'intensité des champs magnétiques qui régissent le flux de gaz et de matière dont se nourrit et qu'éjecte le trou noir", explique Angelo Ricarte, membre de la Harvard Black Hole Initiative et co-responsable du projet. "La lumière polarisée nous en apprend beaucoup plus sur l'astrophysique, les propriétés du gaz et les mécanismes qui interviennent lorsqu'un trou noir se nourrit".

Mais l'imagerie des trous noirs en lumière polarisée n'est pas aussi simple que de mettre une paire de lunettes de soleil polarisées, et c'est particulièrement vrai pour Sgr A*, qui change si rapidement qu'il ne reste pas immobile le temps de la prise de vue. L'imagerie du trou noir supermassif nécessite des outils sophistiqués qui vont au-delà de ceux utilisés précédemment pour capturer M87*, une cible beaucoup plus stable. Geoffrey Bower, scientifique du projet EHT à l'Institut d'astronomie et d'astrophysique de l'Academia Sinica à Taipei, a déclaré : "Comme Sgr A* se déplace pendant que nous essayons de le photographier, il était même difficile de réaliser une image non polarisée", ajoutant que la première image était une moyenne de plusieurs images en raison du mouvement de Sgr A*. "Nous avons été rassurés de voir que l'imagerie polarisée était finalement réalisable. Certains modèles étaient beaucoup trop brouillés et flous pour construire une image polarisée, mais la nature n'a pas été aussi cruelle".

Mariafelicia De Laurentis, scientifique adjointe du projet EHT et professeur à l'université de Naples Federico II, en Italie, a déclaré : "Avec un échantillon de deux trous noirs - de masses et de galaxies hôtes très différentes - il est important de déterminer ce sur quoi ils coïncident et ce sur quoi ils ne coïncident pas. Le fait que les deux trous noirs nous orientent vers des champs magnétiques puissants suggère qu'il s'agit d'une caractéristique universelle, voire fondamentale, de ce type de systèmes. L'une des similitudes entre ces deux trous noirs pourrait être un jet, mais alors que nous avons pu en imager un très clairement dans M87*, nous n'en avons pas encore trouvé dans Sgr A*".

Pour observer Sgr A*, la collaboration a associé huit télescopes dans le monde pour créer un télescope virtuel de la taille de la Terre, l'EHT. Le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), dont l'ESO est partenaire, et l'expérience Atacama Pathfinder Experiment (APEX) hébergée par l'ESO, tous deux situés dans le nord du Chili, faisaient partie du réseau qui a réalisé les observations, menées en 2017.

"En tant que télescope le plus grand et le plus puissant de l'EHT, ALMA a joué un rôle clé dans la réalisation de cette image", a déclaré María Díaz Trigo, scientifique du programme européen ALMA à l'ESO. "ALMA prévoit maintenant une 'transformation extrême', la mise à niveau de la sensibilité à large bande, qui rendra ALMA encore plus sensible et lui permettra de rester un acteur fondamental dans les futures observations de l'EHT de Sgr A* et d'autres trous noirs."

L'EHT a mené plusieurs observations depuis 2017 et devrait à nouveau observer Sgr A* en avril 2024. Chaque année, les images s'améliorent à mesure que l'EHT intègre de nouveaux télescopes, une plus grande bande passante et de nouvelles fréquences d'observation. Les extensions prévues pour la prochaine décennie permettront de réaliser des films haute fidélité de Sgr A*, de révéler un jet caché et de permettre aux astronomes d'observer des caractéristiques de polarisation similaires dans d'autres trous noirs. En attendant, l'extension de l'EHT dans l'espace permettrait d'obtenir des images plus nettes que jamais des trous noirs.

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans deux articles de la collaboration EHT publiés aujourd'hui dans The Astrophysical Journal Letters : "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring" (doi : XXX) et "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII : Physical interpretation of the polarized ring" (doi : XXX).

La collaboration EHT regroupe plus de 300 chercheurs d'Afrique, d'Asie, d'Europe, d'Amérique du Nord et d'Amérique du Sud. Cette collaboration internationale vise à obtenir les images les plus détaillées jamais obtenues d'un trou noir en créant un télescope virtuel de la taille de la Terre. Soutenu par un investissement international considérable, l'EHT relie des télescopes existants à l'aide de systèmes novateurs, créant ainsi un instrument fondamentalement nouveau doté du pouvoir de résolution angulaire le plus élevé jamais atteint.

Les télescopes impliqués dans l'EHT en avril 2017, lorsque les observations ont été menées, étaient : L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), l'Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), le télescope de 30 mètres de l'Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM), le James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), le Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), le Submillimeter Array (SMA), le UArizona Submillimeter Telescope (SMT), et le South Pole Telescope (SPT). Depuis, l'EHT a ajouté à son réseau le télescope du Groenland (GLT), le NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) de l'IRAM et le télescope de 12 mètres de l'UArizona à Kitt Peak.

Le consortium EHT est composé de 13 instituts partenaires : l'Institut d'astronomie et d'astrophysique de l'Académie chinoise, l'Université d'Arizona, l'Université de Chicago, l'Observatoire d'Asie de l'Est, l'Université Goethe de Francfort, l'Institut de radioastronomie millimétrique, le Large Millimeter Telescope, l'Institut Max Planck de radioastronomie, l'Observatoire Haystack du MIT, l'Observatoire astronomique national du Japon, l'Institut Périmètre de physique théorique, l'Université Radboud et l'Observatoire astrophysique Smithsonian.

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d’un partenariat entre l'ESO, l’U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

Liens

• Photos d'ALMA
• Photos d'APEX
• ESO EHT Milky Way page (axée sur les résultats précédents de Sgr A*)
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Contacts

Sara Issaoun
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
USA
Courriel: sara.issaoun@cfa.harvard.edu

Angelo Ricarte
Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian
USA
Courriel: angelo.ricarte@cfa.harvard.edu

Geoffrey Bower
EHT Project Scientist
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taiwan
Courriel: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Mariafelicia De Laurentis
EHT Deputy Project Scientist, University of Naples Federico II
Italy
Courriel: mariafelicia.delaurentis@unina.it

María Diaz Trigo
ALMA Programme Scientist, European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Courriel: mdiaztri@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tél: +49 89 3200 6670
Mobile: +49 151 241 664 00
Courriel: press@eso.org

Thierry Botti (contact presse pour la France)
Réseau de diffusion scientifique de l'ESO et Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Marseille, France
Tél: +33 4 95 04 41 06
Courriel: eson-france@eso.org

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