Représentation schématique du modèle de disque d’accrétion incliné. L’axe de rotation du trou noir est supposé être droit de haut en bas dans cette illustration. La direction du jet est presque perpendiculaire au plan du disque. Le désalignement entre l’axe de rotation du trou noir et l’axe de rotation du disque déclenche la précession du disque et du jet. Crédit : Yuzhu Cui et al. (2023), Intouchable Lab@Openverse et Zhejiang Lab
Des chercheurs confirment la rotation du supermassif de la galaxie M87 trou noir en observant l’oscillation de son jet, en utilisant deux décennies de données provenant de radiotélescopes mondiaux. Cette découverte marque une avancée significative dans l’étude des trous noirs.
Le trou noir supermassif au cœur de la galaxie M87, rendu célèbre par la première image de l’ombre d’un trou noir, a livré une autre première : il a été confirmé que le jet sortant du trou noir vacillait, fournissant une preuve directe que le trou noir est bien réel. filage.
Les trous noirs supermassifs, monstres jusqu’à des milliards de fois plus lourds que le Soleil qui mangent tout ce qui les entoure, y compris la lumière, sont difficiles à étudier car aucune information ne peut s’échapper de l’intérieur. Théoriquement, il existe très peu de propriétés que nous pouvons espérer mesurer. Une propriété qui pourrait éventuellement être observée est le spin, mais en raison des difficultés impliquées, il n’y a pas eu d’observations directes du spin des trous noirs.
Deux décennies d’observations fournissent des preuves
À la recherche de preuves de la rotation des trous noirs, une équipe internationale a analysé plus de deux décennies de données d’observation sur la galaxie M87. Cette galaxie située à 55 millions d’années-lumière en direction de la constellation de la Vierge abrite un trou noir 6,5 milliards de fois plus massif que le Soleil, le même trou noir qui a donné la première image d’une ombre de trou noir par le télescope Event Horizon (EHT). ) en 2019. Le trou noir supermassif de M87 est connu pour avoir un disque d’accrétion, qui alimente le trou noir en matière, et un jet, dans lequel la matière est éjectée à proximité du trou noir à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
(Panneau supérieur) Structure du jet M87 à 43 GHz en moyenne tous les deux ans de 2013 à 2018. Les années correspondantes sont indiquées dans le coin supérieur gauche. Les flèches blanches indiquent l’angle de position du jet dans chaque sous-parcelle. (Panneau inférieur) Evolution observée de la direction du jet entre 2000 et 2022. Les points verts et bleus sont obtenus à partir d’observations à 22 et 43 GHz. La ligne rouge représente une courbe sinusoïdale la mieux ajustée avec une période de 11 ans. Crédit : Yuzhu Cui et al. (2023)
L’équipe a analysé les données sur 170 périodes collectées par le réseau VLBI d’Asie de l’Est (EAVN), le réseau de lignes de base très longues (VLBA), le réseau commun de KVN et VERA (KaVA) et l’Asie de l’Est jusqu’à l’Italie presque mondiale (EATING). Réseau VLBI. Au total, plus de 20 radiotélescopes à travers le monde ont contribué à cette étude.
Résultats et implications
Les résultats montrent que les interactions gravitationnelles entre le disque d’accrétion et la rotation du trou noir provoquent une oscillation ou une précession de la base du jet, de la même manière que les interactions gravitationnelles au sein du système solaire provoquent la précession de la Terre. L’équipe a réussi à relier la dynamique du jet avec le trou noir supermassif central, fournissant ainsi la preuve directe que le trou noir tourne effectivement. La direction du jet change d’environ 10 degrés avec une période de précession de 11 ans, ce qui correspond aux simulations théoriques du supercalculateur menées par ATERUI II à l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ).
« Nous sommes ravis de cette découverte importante », déclare Yuzhu Cui, auteur principal de l’article résumant les recherches qu’elle a commencées en tant qu’étudiante diplômée au NAOJ avant de rejoindre le laboratoire du Zhejiang en tant que chercheuse postdoctorale. « Étant donné que le désalignement entre le trou noir et le disque est relativement faible et que la période de précession est d’environ 11 ans, l’accumulation de données à haute résolution traçant la structure du M87 sur deux décennies et une analyse approfondie sont essentielles pour obtenir cet objectif. »
« Après le succès de l’imagerie des trous noirs dans cette galaxie avec l’EHT, la question de savoir si ce trou noir tourne ou non est une préoccupation centrale des scientifiques », explique le Dr Kazuhiro Hada du NAOJ. « Aujourd’hui, l’anticipation s’est transformée en certitude. Ce trou noir monstrueux tourne effectivement.
« Il s’agit d’une étape scientifique passionnante qui a finalement été révélée au cours d’années d’observations conjointes par une équipe internationale de chercheurs de 45 institutions à travers le monde, travaillant ensemble comme une seule personne », a déclaré le Dr Motoki Kino de l’Université Kogakuin, coordinateur du VLBI d’Asie de l’Est. Groupe de travail scientifique sur les noyaux galactiques actifs du réseau. « Nos données d’observation magnifiquement ajustées à la simple courbe sinusoïdale nous apportent de nouvelles avancées dans notre compréhension du trou noir et du système de jets. »
Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Supermassive Black Hole’s Spin Verified.
