Posté par Adrien le Vendredi 23/09/2022 à 09:00

Une bulle de gaz tourbillonne autour du trou noir supermassif de la Voie lactée

En utilisant l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), des astronomes ont repéré des signes d’un ‘point chaud’ en orbite autour de Sagittaire A*, le trou noir du centre de notre galaxie. Ce résultat nous aide à mieux comprendre l’environnement énigmatique et dynamique de notre trou noir supermassif.


"Nous pensons que nous sommes en train de regarder une bulle de gaz incandescent glissant autour de Sagittaire A* sur une orbite similaire en taille à cette de la planète Mercure, mais faisant un tour complet en seulement 70 minutes environ. Cela nécessite une vélocité époustouflante d’environ 30% de la vitesse de la lumière!" s’exclame Maciek Wielgus, du Max Planck Institute for Radio Astronomy à Bonn, en Allemagne, qui a mené l’étude publiée aujourd’hui dans Astronomy & Astrophysics.

Les observations ont été réalisées avec ALMA situé dans les Andes chiliennes - un radio télescope dont l’Observatoire Européen Austral (ESO) est "copropriétaire" - pendant une campagne menée avec l’Event Horizon Telescope Collaboration (EHT) pour obtenir des images de trous noirs. En avril 2017 l’EHT a relié huit radio-télescopes dans le monde entier, dont ALMA, permettant la prise récente de la première image jamais obtenue de Sagittaire A*. Pour calibrer les données de l’EHT, Maciek Wielgus et ses collègues, tous membres de l’EHT Collaboration, ont utilisés les données enregistrées par ALMA, simultanément avec les observations de l’EHT de Sagittaire A*. A la surprise de l’équipe, il y avait plus d’indications sur la nature du trou noir cachées dans les seules mesures d’ALMA.

Par hasard, certaines des observations ont été effectuées peu de temps après qu'une explosion ou éruption de rayons X ait été émise par le centre de notre galaxie, repérée par le télescope spatial Chandra de la NASA. On pense que ce type d'éruptions, précédemment observées par des télescopes à rayons X et infrarouges, est associé à ce que l'on appelle des "points chauds", des bulles de gaz chaud qui orbitent très rapidement et à proximité du trou noir.

"Ce qui est vraiment nouveau et intéressant, c'est que de telles éruptions n'étaient jusqu'à présent clairement présentes que dans les observations en rayons X et en infrarouge de Sagittarius A*.Ici, nous voyons pour la première fois une indication très forte que des points chauds en orbite sont aussi présents dans les observations radio," explique Maciek Wielgus, qui est aussi affilié au Nicolaus Copernicus Astronomical Centre, Poland and the Black Hole Initiative à l’université d’Harvard, aux Etats-Unis.

"Peut-être que ces points chauds détectés sous ondes infrarouges sont une manifestation du même phénomène physique: dès que les points chauds émettant dans l’infrarouge refroidissent, ils deviennent visibles dans les longueurs d’ondes plus longues, comme celles observées par l’ALMA et l’EHT," ajoute Jesse Vos, un doctorant à l’Université Radboud aux Pays-Bas, qui était aussi impliqué dans cette étude.

On a longtemps pensé que les éruptions provenaient d’interactions magnétiques dans les gaz très chaud orbitant très près de Sagittaire A*, et les nouvelles découvertes confirment cette idée. "Maintenant nous trouvons des preuves solides pour une origine magnétique de ces éruptions, et nos observations nous donnent un indice sur la géométrie du processus. Les nouvelles données sont extrêmement utiles pour construire une interprétation théorique de ces évènements," explique la co-autrice Monika Mościbrodzka de l’Université Radboud.

ALMA permet aux astronomes d’étudier l’émission radio polarisée de Sagittaire A*, qui peut être utilisée pour dévoiler le champ magnétique du trou noir. L’équipe a utilisé ces observations ainsi que des modèles théoriques dans le but d’en apprendre plus sur la formation du point chaud et l’environnement dans lequel il est intégré, incluant le champ magnétique autour de Sagittaire A*. Leur recherche fournit de plus fortes contraintes sur la forme du champ magnétique que les précédentes observations, aidant ainsi les astronomes à mettre au jour la nature de notre trou noir et de son environnement.

Les observations confirment certaines des précédentes découvertes faites par l’instrument GRAVITY sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, lequel observe sous infrarouge. Les données de GRAVITY et d’ALMA suggèrent que l’éruption provient d’un amas de gaz tourbillonnant autour du trou noir à environ 30% de la vitesse de la lumière dans le sens des aiguilles d'une montre dans le ciel, l'orbite du point chaud étant presque de face.

"Dans le futur, nous devrions être capable de pister les points chauds à travers des fréquences utilisant des observations de longueurs d’ondes multiples coordonnées, autant avec GRAVITY qu’avec ALMA - le succès d’un tel effort serait un vrai jalon pour notre compréhension de la physique des éruptions dans le centre Galactique," déclare Ivan Marti-Vidal de l’Université de Valence en Espagne, co-auteur de l’étude.

L'équipe espère aussi être en mesure d'observer directement les amas de gaz en orbite avec l'EHT, afin de s'approcher toujours plus près du trou noir et d'en apprendre davantage sur lui. "Avec un peu de chance, nous pourrons un jour affirmer que nous "savons" ce qui se passe dans Sagittarius A*", conclut Maciek Wielgus.
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