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Un groupe international d’astronomes révèle l’examen le plus détaillé à ce jour des lignes de champ magnétique entourant Sagittarius A* (Sgr A*), le trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Obtenue grâce à une technique d’imagerie basée sur la lumière polarisée, l’image révèle une structure de champ magnétique étonnamment similaire à celle de M87*, un trou noir plusieurs milliers de fois plus massif. Cette similitude suggère que comme ce dernier, Sgr A* pourrait aussi émettre d’immenses jets de particules sans qu’on s’en aperçoive.
La polarisation est une caractéristique des ondes vectorielles (qui peuvent se déplacer dans différentes directions), impliquant une diffusion dans une orientation privilégiée. Les ondes électromagnétiques, telles que les ondes gravitationnelles et la lumière, possèdent toutes deux des propriétés de polarisation.
Lorsque les ondes électromagnétiques sont polarisées, le champ électrique et le champ magnétique oscillent simultanément dans des directions perpendiculaires. Au niveau du plasma lumineux entourant les trous noirs, les particules autour des lignes de champ magnétique peuvent conférer un motif de polarisation perpendiculaire à ce champ. Cet effet permet aux astronomes d’observer des détails qui seraient autrement invisibles avec une lumière non polarisée et de cartographier les lignes du champ magnétique du trou noir.
Une invitation au rêve, prête à être portée.
” En observant la lumière polarisée d’un gaz chaud et incandescent à proximité des trous noirs, nous déduisons directement la structure et la force des champs magnétiques qui guident le flux de gaz et de matière à partir duquel le trou noir se nourrit et s’éjecte. », explique dans un communiqué du consortium Event Horizon Telescope (EHT), Angelo Ricarte, de la Black Hole Initiative de l’Université Harvard et du Harvard & Smithonian Center for Astrophysics. “ La lumière polarisée nous en dit beaucoup plus sur l’astrophysique, les propriétés des gaz et les mécanismes qui se produisent lorsqu’un trou noir se nourrit. “, il ajoute.
Cependant, contrairement à d’autres trous noirs plus éloignés, les observations de Sgr A* présentent des défis techniques majeurs. En effet, le rayonnement émanant de notre trou noir galactique est fortement diffusé par le milieu interstellaire, qui est fortement ionisé. Lors des observations, sa luminosité change rapidement et elle n’est pas suffisamment stable pour la capture d’images. ” Parce que Sgr A* bouge pendant que nous essayons de le prendre en photo, il est difficile de construire même une image non polarisée. », explique Geoffrey Bower, de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica (à Taiwan), également membre du consortium EHT.
L’observation de Sgr A* nécessite ainsi des capteurs bien plus sensibles et performants que ceux utilisés par exemple pour M87* (cible bien plus stable). Il faudra attendre 2022 pour que la première image du trou noir supermassif de notre galaxie soit obtenue, révélant une ressemblance frappante avec M87*. Cela a amené les astronomes à se demander s’ils partageaient d’autres caractéristiques communes, en dehors de leur apparence.
Les derniers travaux des experts du consortium EHT réalisés dans ce sens révèlent l’image la plus détaillée à ce jour de la structure du champ magnétique entourant Sgr A* en lumière polarisée. Les résultats de la recherche sont détaillés dans deux études distinctes publiées dans Les lettres du journal astrophysique.
À gauche, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, Sagittaire A*, vu en lumière polarisée, avec les lignes visibles indiquant l’orientation de la polarisation, qui est liée au champ magnétique autour du trou noir. Au centre, l’émission polarisée du centre de la Voie Lactée, telle que captée par l’observatoire SOFIA. En arrière-plan se trouve une carte des émissions polarisées de poussières et de gaz traversant la Voie lactée, obtenue par la Collaboration Planck. © S. Issaoun/EHT
Une étonnante similitude avec M87*
Réunissant plus de 300 chercheurs d’Afrique, d’Asie, d’Europe et d’Amérique du Nord et du Sud, le consortium EHT a pour objectif de capturer les images les plus détaillées des trous noirs. Pour ce faire, le groupe s’appuie sur un réseau de plus de dix télescopes parmi les plus puissants au monde, comme l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), l’Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) et le de 30 mètres du Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM). Ces instruments fonctionnent en tandem pour former un seul et gigantesque télescope virtuel. Le système est relié par des technologies spécialisées, créant un instrument entièrement nouveau doté de la résolution angulaire la plus élevée à ce jour.
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A noter que des mesures polarimétriques ont déjà été réalisées pour Sgr A*. Cependant, les outils utilisés n’avaient pas une résolution suffisamment élevée pour produire des images nettes. De son côté, l’image composite EHT a révélé que le trou noir possède des lignes de champ magnétique intenses organisées en spirale (à partir de son disque d’accrétion).
Alors que les chercheurs s’attendaient à une différence notable par rapport à M87*, compte tenu de l’écart de taille et de masse, la structure de leur champ est étonnamment similaire. En effet, M87* fait près de 6 milliards de masses solaires, alimente une galaxie elliptique géante et émet régulièrement de gigantesques flux de particules chargées. En revanche, Sgr A* ne fait « que » 4 millions de masses solaires, réside au centre d’une galaxie spirale proportionnellement modeste et n’émet pas d’énergie solaire. a priori pas de jet de particules. Cela suggère que cette structure de champ magnétique pourrait être commune à tous les trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies.
Vue en lumière polarisée des trous noirs supermassifs M87* (à gauche) et Sagittarius A* (à droite), révélant leur similitude. © EHT
De plus, cette similitude pourrait également indiquer que Sgr A* émet un jet que nos instruments n’ont jamais détecté auparavant. Des études antérieures sur M87* ont notamment montré que le champ magnétique qui l’entoure est essentiel à la façon dont il interagit avec la matière qui l’entoure et permet ainsi la génération de jets de particules. Les futures améliorations prévues sur le réseau EHT pourraient mettre en lumière ces jets. En attendant, « ces résultats nous permettent d’affiner nos modèles théoriques et nos simulations, améliorant ainsi notre compréhension », conclut Mariafelicia De Laurentis, scientifique adjointe du projet EHT et professeur à l’Université Federico II de Naples.
