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La galaxie géante autour du trou noir géant

Le 10 avril 2019, le télescope Horizon des événements (EHT) a dévoilé la toute première image de l’horizon des événements d’un trou noir, la zone au-delà de laquelle la lumière ne peut échapper à l’immense gravité du trou noir. Ce trou noir géant, d’une masse de 6,5 milliards de soleils, est situé dans la galaxie elliptique Messier 87 (M87). EHT est une collaboration internationale dont le soutien aux États-Unis inclut la National Science Foundation.

Cette image du télescope spatial Spitzer de la NASA montre la totalité de la galaxie M87 en lumière infrarouge. L’image EHT, en revanche, s’appuie sur la lumière dans les longueurs d’onde radio et montre l’ombre du trou noir sur le fond d’un matériau de haute énergie qui l’entoure.

Située à environ 55 millions d’années-lumière de la Terre, la M87 fait l’objet d’études astronomiques depuis plus de 100 ans et a été photographiée par de nombreux observatoires de la NASA, notamment le télescope spatial Hubble, l’observatoire à rayons X Chandra et NuSTAR. En 1918, l’astronome Heber Curtis remarqua pour la première fois « un curieux rayon droit » qui s’étendait du centre de la galaxie. Ce jet brillant de matériau à haute énergie, produit par un disque de matériau tournant rapidement autour du trou noir, est visible sous plusieurs longueurs d’onde de lumière, des ondes radio aux rayons X. Lorsque les particules dans le jet touchent le milieu interstellaire (le matériau épars remplissant l’espace entre les étoiles dans M87), elles créent une onde de choc qui rayonne dans les longueurs de lumière infrarouge et radio, mais non dans la lumière visible. Dans l’image de Spitzer, l’onde de choc est plus importante que le jet lui-même.

La galaxie M87 ressemble à une bouffée d’espace bleue et floue dans cette image du télescope spatial Spitzer de la NASA.
La galaxie M87 ressemble à une bouffée d’espace bleue et floue dans cette image du télescope spatial Spitzer de la NASA. Au centre de la galaxie se trouve un trou noir supermassif qui projette deux jets de matériau dans l’espace. Crédit: NASA / JPL-Caltech / IPAC

Le jet le plus lumineux, situé à droite du centre de la galaxie, se déplace presque directement vers la Terre. Sa luminosité est amplifiée en raison de sa vitesse élevée dans notre direction, mais plus encore à cause de ce que les scientifiques appellent des « effets relativistes », qui résultent du fait que le matériau contenu dans le jet se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière. La trajectoire du jet est juste légèrement décalée de notre ligne de vue par rapport à la galaxie, nous pouvons donc toujours voir une partie de la longueur du jet. L’onde de choc commence autour du point où le jet semble se courber, soulignant les régions où les particules en mouvement rapide entrent en collision avec le gaz dans la galaxie et ralentissent.

Le second jet, en revanche, s’éloigne si rapidement de nous que les effets relativistes le rendent invisible à toutes les longueurs d’onde. Mais on peut encore voir ici l’onde de choc qu’elle crée dans le milieu interstellaire.

Située sur le côté gauche du centre de la galaxie, l’onde de choc ressemble à une lettre inversée « C ». Bien que non visible dans les images optiques, le lobe peut également être vu dans les ondes radio, comme dans cette image du très grand réseau de l’observatoire national de radioastronomie.

Une image grand champ de la galaxie M87 a été prise par le télescope spatial Spitzer de la NASA.
Cette image grand champ de la galaxie M87 a été prise par le télescope spatial Spitzer de la NASA. La partie supérieure de l’encadré montre un gros plan de deux ondes de choc, créées par un jet émanant du trou noir supermassif de la galaxie. Le télescope Event Horizon a récemment pris une image en gros plan de la silhouette de ce trou noir, qui apparaît dans le deuxième encart.Crédit: Collaboration NASA / JPL-Caltech / Event Horizon Telescope

En combinant des observations dans l’infrarouge, les ondes radio , la lumière visible, les rayons X et les rayons gamma extrêmement énergétiques, les scientifiques peuvent étudier la physique de ces puissants jets. Les scientifiques cherchent toujours une solide compréhension théorique de la manière dont le gaz aspiré dans les trous noirs crée des jets sortant.

La lumière infrarouge aux longueurs d’onde de 3,6 et 4,5 microns est rendue en bleu et vert, montrant la distribution des étoiles, tandis que les traits de poussière qui brillent de 8,0 microns sont indiqués en rouge. L’image a été prise lors de la première mission « froide » de Spitzer.

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