Communiqué de presse

Les astronomes détectent une bulle de gaz chaud tourbillonnant autour du trou noir supermassif de la Voie lactée.

22 septembre 2022

En utilisant l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), des astronomes ont repéré des signes d’un ‘point chaud’ en orbite autour de Sagittaire A*, le trou noir du centre de notre galaxie. Ce résultat nous aide à mieux comprendre l’environnement énigmatique et dynamique de notre trou noir supermassif.

 

« Nous pensons que nous sommes en train de regarder une bulle de gaz incandescent glissant autour de Sagittaire A* sur une orbite similaire en taille à cette de la planète Mercure, mais faisant un tour complet en seulement 70 minutes environ. Cela nécessite une vélocité époustouflante d’environ 30% de la vitesse de la lumière! » s’exclame Maciek Wielgus, du Max Planck Institute for Radio Astronomy à Bonn, en Allemagne, qui a mené l’étude publiée aujourd’hui dans Astronomy & Astrophysics.

Les observations ont été réalisées avec ALMA situé dans les Andes chiliennes – un radio télescope dont l’Observatoire Européen Austral (ESO) est « copropriétaire » – pendant une campagne menée avec l’Event Horizon Telescope Collaboration (EHT) pour obtenir des images de trous noirs. En avril 2017 l’EHT a relié huit radio-télescopes dans le monde entier, dont ALMA, permettant la prise récente de la première image jamais obtenue de Sagittaire A*. Pour calibrer les données de l’EHT, Maciek Wielgus et ses collègues, tous membres de l’EHT Collaboration, ont utilisés les données enregistrées par ALMA, simultanément avec les observations de l’EHT de Sagittaire A*. A la surprise de l’équipe, il y avait plus d’indications sur la nature du trou noir cachées dans les seules mesures d’ALMA.

Par hasard, certaines des observations ont été effectuées peu de temps après qu'une explosion ou éruption de rayons X ait été émise par le centre de notre galaxie, repérée par le télescope spatial Chandra de la NASA. On pense que ce type d'éruptions, précédemment observées par des télescopes à rayons X et infrarouges, est associé à ce que l'on appelle des « points chauds », des bulles de gaz chaud qui orbitent très rapidement et à proximité du trou noir.

« Ce qui est vraiment nouveau et intéressant, c'est que de telles éruptions n'étaient jusqu'à présent clairement présentes que dans les observations en rayons X et en infrarouge de Sagittarius A*.Ici, nous voyons pour la première fois une indication très forte que des points chauds en orbite sont aussi présents dans les observations radio, » explique Maciek Wielgus, qui est aussi affilié au Nicolaus Copernicus Astronomical Centre, Poland and the Black Hole Initiative à l’université d’Harvard, aux Etats-Unis.

« Peut-être que ces points chauds détectés sous ondes infrarouges sont une manifestation du même phénomène physique : dès que les points chauds émettant dans l’infrarouge refroidissent, ils deviennent visibles dans les longueurs d’ondes plus longues, comme celles observées par l’ALMA et l’EHT, » ajoute Jesse Vos, un doctorant à l’Université Radboud aux Pays-Bas, qui était aussi impliqué dans cette étude.

On a longtemps pensé que les éruptions provenaient d’interactions magnétiques dans les gaz très chaud orbitant très près de Sagittaire A*, et les nouvelles découvertes confirment cette idée. « Maintenant nous trouvons des preuves solides pour une origine magnétique de ces éruptions, et nos observations nous donnent un indice sur la géométrie du processus. Les nouvelles données sont extrêmement utiles pour construire une interprétation théorique de ces évènements, » explique la co-autrice Monika Mościbrodzka de l’Université Radboud.

ALMA permet aux astronomes d’étudier l’émission radio polarisée de Sagittaire A*, qui peut être utilisée pour dévoiler le champ magnétique du trou noir. L’équipe a utilisé ces observations ainsi que des modèles théoriques dans le but d’en apprendre plus sur la formation du point chaud et l’environnement dans lequel il est intégré, incluant le champ magnétique autour de Sagittaire A*. Leur recherche fournit de plus fortes contraintes sur la forme du champ magnétique que les précédentes observations, aidant ainsi les astronomes à mettre au jour la nature de notre trou noir et de son environnement.

Les observations confirment certaines des précédentes découvertes faites par l’instrument GRAVITY sur le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, lequel observe sous infrarouge. Les données de GRAVITY et d’ALMA suggèrent que l’éruption provient d’un amas de gaz tourbillonnant autour du trou noir à environ 30% de la vitesse de la lumière dans le sens des aiguilles d'une montre dans le ciel, l'orbite du point chaud étant presque de face.

« Dans le futur, nous devrions être capable de pister les points chauds à travers des fréquences utilisant des observations de longueurs d’ondes multiples coordonnées, autant avec GRAVITY qu’avec ALMA – le succès d’un tel effort serait un vrai jalon pour notre compréhension de la physique des éruptions dans le centre Galactique, » déclare Ivan Marti-Vidal de l’Université de Valence en Espagne, co-auteur de l’étude.

L'équipe espère aussi être en mesure d'observer directement les amas de gaz en orbite avec l'EHT, afin de s'approcher toujours plus près du trou noir et d'en apprendre davantage sur lui. « Avec un peu de chance, nous pourrons un jour affirmer que nous "savons" ce qui se passe dans Sagittarius A* », conclut Maciek Wielgus.

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article intitulé “Orbital motion near Sagittarius A* – Constraints from polarimetric ALMA observations” publié dans Astronomy & Astrophysics (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202244493).

L'équipe est composée de M. Wielgus (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Allemagne [MPIfR]; Nicolaus Copernicus Astronomical Centre, Polish Academy of Sciences, Pologne; Black Hole Initiative at Harvard University, USA [BHI]), M. Moscibrodzka (Department of Astrophysics, Radboud University, Pays Bas [Radboud]), J. Vos (Radboud), Z. Gelles (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA et BHI), I. Martí-Vidal (Universitat de València, Espagne), J. Farah (Las Cumbres Observatory, USA; University of California, Santa Barbara, USA), N. Marchili (Italian ALMA Regional Centre, INAF-Istituto di Radioastronomia, Italie et MPIfR), C. Goddi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Cagliari, Italie et Universidade de São Paulo, Brésil), et H. Messias (Joint ALMA Observatory, Chili).

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation astronomique internationale, est le fruit d’un partenariat entre l'ESO, l’U.S. National Science Foundation (NSF) et le National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l'Observatoire Européen Austral (ESO) pour le compte de ses Etats membres, la NSF en coopération avec le National Research Council du Canada (NRC), le National Science Council of Tawain (NSC) et le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taiwan et le Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). La construction et la gestion d'ALMA sont supervisées par l'ESO pour le compte de ses Etats membres, par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dirigé par Associated Universities, Inc (AUI) en Amérique du Nord, et par le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) pour l'Asie de l'Est. L’Observatoire commun ALMA (JAO pour Joint ALMA Observatory) apporte un leadership et un management unifiés pour la construction, la mise en service et l’exploitation d’ALMA.

L'Observatoire Européen Austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l'Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires au sol de classe mondiale - que les astronomes utilisent pour s'attaquer à des questions passionnantes et transmettre la fascination de l'astronomie - et nous encourageons la collaboration internationale en astronomie. Créé en 1962 en tant qu'organisation intergouvernementale, l'ESO est aujourd'hui soutenu par 16 États membres (Allemagne, Autriche, Belgique, Danemark, Espagne, France, Finlande, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse), ainsi que par l'État hôte du Chili et l'Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l'ESO ainsi que son centre d'accueil et son planétarium, l'ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d'Atacama, un endroit magnifique offrant des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L'ESO exploite trois sites d'observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que deux télescopes de sondage, VISTA observant dans l'infrarouge et le VLT Survey Telescope observant dans la lumière visible. Toujours à Paranal, l'ESO accueillera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l'observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. Avec ses partenaires internationaux, l'ESO exploite APEX et ALMA à Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans le domaine millimétrique et submillimétrique. Au Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons "le plus grand œil au monde tourné vers le ciel" - l'Extremely Large Telescope de l'ESO. Depuis nos bureaux de Santiago du Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès des partenaires et de la société chiliens.

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Contacts

Maciek Wielgus
Max Planck Institute for Radio Astronomy
Bonn, Germany
Tél: +48 602417268
Courriel: maciek.wielgus@gmail.com

Monika Mościbrodzka
Radboud University
Nijmegen, The Netherlands
Tél: +31-24-36-52485
Courriel: m.moscibrodzka@astro.ru.nl

Ivan Martí Vidal
University of Valencia
Valencia, Spain
Tél: +34 963 543 078
Courriel: i.marti-vidal@uv.es

Jesse Vos
Radboud University
Nijmegen, The Netherlands
Mobile: +31 6 34008019
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Ce texte est une traduction du communiqué de presse de l'ESO eso2212.