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Les astronomes découvrent de puissants champs magnétiques en spirale à la lisière du trou noir central de la Voie lactée
Une nouvelle image prise par la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a permis de découvrir des champs magnétiques puissants et structurés qui s'enroulent en spirale autour du trou noir supermassif Sagittarius A* (Sgr A*).
Une vue du trou noir supermassif Sagittaire A* de la Voie lactée en lumière polarisée. Photo: ESO
Cette nouvelle vision du monstre tapi au cœur de la Voie lactée, vue pour la première fois en lumière polarisée, a révélé une structure de champ magnétique étonnamment similaire à celle du trou noir au centre de la galaxie M87, suggérant que les champs magnétiques intenses pourraient être communs à tous les trous noirs. Cette similitude laisse également supposer l'existence d'un jet caché dans Sgr A*.
Bien que le trou noir supermassif de la Voie lactée, qui se trouve à environ 27 000 années-lumière de la Terre, soit plus de mille fois plus petit et moins massif que M87, le tout premier trou noir imagé, les observations ont révélé que les deux se ressemblent remarquablement.
Les scientifiques se sont donc demandé si les deux trous noirs avaient d'autres points communs que leur apparence. Pour le savoir, l'équipe a décidé d'étudier Sgr A* en lumière polarisée.
De précédentes études de la lumière autour du trou noir M87 (M87*) ont révélé que les champs magnétiques qui l'entourent permettent au trou noir de lancer de puissants jets de matière dans le milieu environnant. S'appuyant sur ces travaux, les nouvelles images ont révélé qu'il pourrait en être de même pour Sgr A*.
"Ce que nous constatons aujourd'hui, c'est l'existence de champs magnétiques puissants, tordus et organisés à proximité du trou noir situé au centre de la Voie lactée", a déclaré Sara Issaoun, lauréate de la bourse Einstein du programme Hubble de la NASA au Centre d'astrophysique de Harvard et du Smithsonian, aux États-Unis, et coresponsable du projet.
"Outre le fait que Sgr A* présente une structure de polarisation étonnamment similaire à celle observée dans le trou noir M87*, beaucoup plus grand et plus puissant, nous avons appris que des champs magnétiques puissants et structurés sont essentiels pour l'interaction des trous noirs avec le gaz et la matière qui les entourent."
La lumière est une onde électromagnétique oscillante, ou en mouvement, qui nous permet de voir les objets. Parfois, la lumière oscille dans une orientation spécifique, et nous l'appelons alors "polarisée". Bien que la lumière polarisée nous entoure, l'œil humain ne peut la distinguer de la lumière "normale".
Dans le plasma qui entoure ces trous noirs, les particules qui tourbillonnent autour des lignes de champ magnétique impriment un schéma de polarisation perpendiculaire au champ. Cela permet aux astronomes de voir de façon de plus en plus détaillée ce qui se passe dans les régions des trous noirs et de cartographier leurs lignes de champ magnétique.
"L'imagerie de la lumière polarisée émise par les gaz chauds et incandescents à proximité des trous noirs nous permet de déduire directement la structure et l'intensité des champs magnétiques qui régissent le flux de gaz et de matière dont se nourrit et qu'éjecte le trou noir", explique Angelo Ricarte, membre de la Harvard Black Hole Initiative et co-responsable du projet. "La lumière polarisée nous en apprend beaucoup plus sur l'astrophysique, les propriétés du gaz et les mécanismes qui interviennent lorsqu'un trou noir se nourrit".
Mais l'imagerie des trous noirs en lumière polarisée n'est pas aussi simple que de mettre une paire de lunettes de soleil polarisées, et c'est particulièrement vrai pour Sgr A*, qui change si rapidement qu'il ne reste pas immobile le temps de la prise de vue.
L'imagerie du trou noir supermassif nécessite des outils sophistiqués qui vont au-delà de ceux utilisés précédemment pour capturer M87*, une cible beaucoup plus stable. Geoffrey Bower, scientifique du projet EHT à l'Institut d'astronomie et d'astrophysique de l'Academia Sinica à Taipei, a déclaré : "Comme Sgr A* se déplace pendant que nous essayons de le photographier, il était même difficile de réaliser une image non polarisée", ajoutant que la première image était une moyenne de plusieurs images en raison du mouvement de Sgr A*.
"Nous avons été rassurés de voir que l'imagerie polarisée était finalement réalisable. Certains modèles étaient beaucoup trop brouillés et flous pour construire une image polarisée, mais la nature n'a pas été aussi cruelle".
Mariafelicia De Laurentis, scientifique adjointe du projet EHT et professeur à l'université de Naples Federico II, en Italie, a déclaré : "Avec un échantillon de deux trous noirs - de masses et de galaxies hôtes très différentes - il est important de déterminer ce sur quoi ils coïncident et ce sur quoi ils ne coïncident pas.
Le fait que les deux trous noirs nous orientent vers des champs magnétiques puissants suggère qu'il s'agit d'une caractéristique universelle, voire fondamentale, de ce type de systèmes.
L'une des similitudes entre ces deux trous noirs pourrait être un jet, mais alors que nous avons pu en imager un très clairement dans M87*, nous n'en avons pas encore trouvé dans Sgr A*".
Pour observer Sgr A*, la collaboration a associé huit télescopes dans le monde pour créer un télescope virtuel de la taille de la Terre, l'EHT. Le grand réseau millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), dont l'ESO est partenaire, et l'expérience Atacama Pathfinder Experiment (APEX) hébergée par l'ESO, tous deux situés dans le nord du Chili, faisaient partie du réseau qui a réalisé les observations, menées en 2017.
L'EHT a mené plusieurs observations depuis 2017 et devrait à nouveau observer Sgr A* en avril 2024. Chaque année, les images s'améliorent à mesure que l'EHT intègre de nouveaux télescopes, une plus grande bande passante et de nouvelles fréquences d'observation. (ESO)
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