Le télescope Event Horizon atteint la plus haute résolution obtenue depuis la Terre

Le télescope Event Horizon (EHT) a effectué des observations tests avec la plus haute résolution jamais obtenue depuis la surface de la Terre. Cet exploit a été réalisé en détectant la lumière de galaxies lointaines à une fréquence d’environ 345 GHz, équivalente à une longueur d’onde de 0,87 mm. Cette amélioration augmentera la netteté des images de trous noirs supermassifs et permettra à la communauté astronomique d’imager plus de trous noirs que jamais.

Dès 2019, la Collaboration EHT (l’équipe de scientifiques qui dirige l’EHT) a publié des images du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87 et, en 2022, des images de Sgr A*, le trou noir au cœur de notre galaxie. , la Voie Lactée. Ces images ont été obtenues en réunissant plusieurs radioobservatoires répartis sur la planète, grâce à une technique appelée interférométrie à très longue base (VLBI), pour former un seul radiotélescope virtuel de la taille de la Terre.

Pour obtenir des images à plus haute résolution, la communauté astronomique se tourne souvent vers des télescopes plus grands (ou une plus grande séparation entre les observatoires fonctionnant comme partie d’un interféromètre). Cependant, comme l’EHT avait déjà la taille de la Terre, augmenter la résolution de ses observations terrestres nécessitait une approche différente. Une autre façon d’augmenter la résolution d’un télescope consiste à observer la lumière de longueur d’onde plus courte, et c’est ce que la collaboration EHT a désormais fait.

Pour démontrer qu’ils pouvaient effectuer des détections à 0,87 mm, la collaboration EHT a effectué des observations tests de galaxies lointaines et brillantes à cette longueur d’onde. Au lieu d’utiliser l’ensemble complet de l’ISE, ils ont utilisé deux sous-ensembles plus petits. Tous deux comprenaient l’ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) et l’APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) dans le désert d’Atacama au Chili. Les autres installations utilisées étaient le radiotélescope IRAM de 30 mètres en Espagne et le NOEMA (NORthern Extended Millimeter Array) en France, ainsi que le radiotélescope du Groenland et le Submillimeter Array à Hawaï.

Dans cette expérience pilote, la collaboration EHT a réalisé des observations avec un détail allant jusqu’à 19 microsecondes d’arc, la plus haute résolution jamais atteinte depuis la surface de la Terre. Bien qu’il existe des enregistrements d’observations à plus haute résolution, ces signaux combinaient des instruments situés sur Terre avec d’autres situés dans l’espace. Cependant, ils n’ont pas pu obtenir d’images : alors que des détections robustes de lumière ont été obtenues à partir de plusieurs galaxies lointaines, trop peu d’antennes ont été utilisées dans ces observations tests pour en reconstruire avec précision une image.

Cette illustration montre l’emplacement de plusieurs observatoires radio autour de la planète, qui ont participé à l’expérience réalisée par la collaboration EHT (Event Horizon Telescope). L’expérience a permis d’obtenir les observations à la plus haute résolution de ce type depuis la Terre. Les observations de test ont détecté de la lumière provenant de galaxies lointaines à une longueur d’onde de 0,87 mm et ont été réalisées avec certains des observatoires (en rouge) qui font partie de l’EHT, un radiotélescope virtuel de la taille de la Terre. L’une de ces galaxies lointaines en forme de points est représentée en haut à droite, envoyant des signaux radio à la Terre. Même si les conditions météorologiques ont gêné les observations sur certains sites, l’équipe a pu observer plusieurs galaxies à l’aide de plusieurs stations. Des détections robustes ont été réalisées à l’aide de différentes paires de télescopes : l’ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) et l’APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) dans le désert d’Atacama au Chili ; l’ALMA et le radiotélescope IRAM de 30 mètres en Espagne, et l’ALMA et le Submillimeter Array à Hawaï. (Image : ESO / M. Kornmesser. CC BY 4.0)

C’est la première fois que la technique VLBI est utilisée avec succès à la longueur d’onde de 0,87 mm. Même si la possibilité d’observer le ciel nocturne à 0,87 mm existait avant les nouvelles détections, l’utilisation de la technique VLBI à cette longueur d’onde a toujours présenté des défis qu’il a fallu du temps et des avancées technologiques pour surmonter. Par exemple, la vapeur d’eau dans l’atmosphère absorbe beaucoup plus les ondes à 0,87 mm qu’à 1,3 mm, ce qui rend plus difficile pour les radiotélescopes la réception des signaux des trous noirs à des longueurs d’onde plus courtes. Combinés à des turbulences atmosphériques de plus en plus prononcées, à l’accumulation de bruit à des longueurs d’onde plus courtes et à l’incapacité de surveiller les conditions météorologiques mondiales lors d’observations atmosphériques sensibles, les progrès vers des longueurs d’onde plus courtes pour le VLBI, en particulier ceux qui franchissent la barrière vers le submillimètre, ont été lents. Mais avec ces nouvelles détections, tout cela a changé.

Ce test technique a ouvert une nouvelle fenêtre pour étudier les trous noirs. Avec l’ensemble complet, l’EHT pourrait voir des détails aussi petits que 14 microsecondes d’arc, ce qui équivaut à voir un raisin sur la Lune depuis la Terre. Il est également possible d’observer des trous noirs plus petits et plus éloignés que ceux photographiés jusqu’à présent par la collaboration EHT.

La collaboration EHT implique plus de 400 chercheurs d’Afrique, d’Asie, d’Europe et d’Amérique du Nord et du Sud, avec environ 270 participants à cette expérience de mise à l’échelle. L’expérience a été détaillée par ses auteurs dans la revue académique The Astronomical Journal.

L’observatoire ALMA est le résultat d’un partenariat entre l’Observatoire européen austral (ESO), la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les National Institutes of Natural Sciences (NINS) du Japon, en collaboration avec le NRC (Canada), le NSTC. et ASIAA (Taiwan) et KASI (République de Corée du Sud), en coopération avec la République du Chili. (Source : Observatoire ALMA)