La collaboration du télescope Horizon Event (EHT), avec une contribution substantielle du Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIFR), a dévoilé de nouvelles images détaillées du trou noir supermassif au centre de la Galaxy M87. Ceux-ci révèlent un environnement dynamique avec des modèles de polarisation changeants près du trou noir. Pour la première fois dans les données EHT, les scientifiques ont également détecté des signatures d'émission de jet prolongée près de la base de jet, où elle se connecte à l'anneau autour du trou noir.
Ces nouvelles observations, publiées dans Astronomie et astrophysiqueoffrez de nouveaux informations sur la façon dont la matière et l'énergie se comportent dans les environnements extrêmes entourant les trous noirs.
Situé à environ 55 millions d'années-lumière de la Terre, M87 abrite un trou noir supermassif de plus de 6 milliards de fois la masse du soleil. L'EHT – un réseau mondial de radio-télescopes agissant comme un observatoire de la taille de la Terre – a d'abord capturé l'image emblématique de l'ombre du trou noir de M87 en 2019, ajoutant des cartes de polarisation en 2021.
Dans l'astronomie, la polarisation fait référence à l'orientation des ondes légères, qui peuvent révéler la structure et la force des champs magnétiques dans l'espace. Maintenant, en comparant les observations de 2017, 2018 et 2021, les scientifiques ont franchi la prochaine étape vers la découverte de la façon dont les champs magnétiques près du trou noir changent avec le temps.
Modification du modèle de polarisation de M87 *
Entre 2017 et 2021, le modèle de polarisation a renversé la direction de façon inattendue. En 2017, les champs magnétiques semblaient en spirale dans un sens; En 2018, ils s'étaient stabilisés et en 2021, ils se sont inversés, en spirale de la manière opposée. De tels changements peuvent résulter à la fois de la structure magnétique du trou noir et de la matière intermédiaire qui tord la polarisation de la lumière lors de son voyage vers la Terre.
Ensemble, ces variations indiquent un environnement en évolution et turbulent dans lequel les champs magnétiques jouent un rôle crucial dans la direction de la façon dont la matière tombe dans le trou noir et comment l'énergie est dirigée vers le jet se déplaçant vers l'extérieur. Ce comportement surprenant remet en question les modèles existants et souligne à quel point il reste à comprendre sur les processus près de l'horizon de l'événement.
« Ce qui est remarquable, c'est que si la taille de l'anneau est restée cohérente au fil des ans – confirmant l'ombre du trou noir prédit par la théorie d'Einstein – le modèle de polarisation change considérablement », explique Paul Tiede, astronome au centre de l'astrophysique | Harvard & Smithsonian, et co-dirigeant de la nouvelle étude. « Cela nous dit que le plasma magnétisé tourbillonnant près de l'horizon de l'événement est loin d'être statique; il est dynamique et complexe, poussant nos modèles théoriques à la limite. »
« Année après année, nous améliorons l'EHT – avec des télescopes supplémentaires et des instruments améliorés, de nouvelles idées d'explorations scientifiques et de nouveaux algorithmes pour tirer le meilleur parti des données », ajoute le co-dirigeant Michael Janssen, professeur adjoint à l'Université Radboud Nijmegen, également affilié au MPIFR. « Pour cette étude, tous ces facteurs ont bien conspiré dans de nouveaux résultats scientifiques et de nouvelles questions, ce qui nous occupera certainement pendant de nombreuses années. »
« Des jets comme celui de M87 jouent un rôle clé dans la formation de l'évolution de leurs galaxies hôtes. En régulant la formation d'étoiles et en distribuant de l'énergie sur de vastes distances, ils affectent le cycle de vie de la matière à des échelles cosmiques », explique Eduardo ROS de MPIFR. « Depuis que le jet de M87 * émet dans l'ensemble du spectre – des ondes radio aux rayons gamma et aux neutrinos – il fournit un laboratoire unique pour étudier comment des phénomènes cosmiques extrêmes et sont lancés. »
Deux nouveaux télescopes dans le réseau EHT
Surtout, les observations EHT de 2021 comprenaient deux nouveaux télescopes – Kitt Peak en Arizona et NOEMA en France – ce qui a amélioré la sensibilité et la clarté de l'image du tableau. Cela a permis aux scientifiques de contraindre, pour la première fois avec l'EHT, la direction des émissions de la base du jet relativiste de M87 * – un faisceau étroit de particules énergiques explosant du trou noir à presque la vitesse de la lumière. Les mises à niveau des performances techniques au Telescope du Groenland et au Telescope du greffier de James Maxwell ont encore amélioré la qualité des données en 2021.
« L'étalonnage amélioré a conduit à une augmentation remarquable de la qualité des données et des performances de la table étalonnage pour le projet. « Ce saut en sensibilité améliore également notre capacité à détecter des signaux de polarisation subtils. »
Thomas Krichbaum de MPIFR commente: « Ces observations pluriannuelles révèlent à quel point l'environnement est turbulent et dynamique.
Ces images pluriannuelles approfondissent notre compréhension de l'un des environnements les plus extrêmes de l'univers. Ils confirment les prédictions d'Einstein tout en découvrant de nouvelles complexités dans les champs magnétiques et la formation de jets, offrant une vue sans précédent de l'environnement immédiat du trou noir.
J. Anton Zensus, président fondateur de la collaboration EHT et directeur du MPIFR, conclut: «Ces derniers résultats illustrent le dynamisme remarquable autour d'un trou noir supermassif. Les modèles de polarisation en évolution et les premières idées dans la base de jet nous rapprochent de l'interaction entre les champs magnétiques, l'accrétion et le lancement de jet.
« Ils démontrent également la valeur de la collaboration internationale à long terme et de l'innovation technique soutenue en radio-astronomie, ouvrant des fenêtres entièrement nouvelles sur l'univers. »
