Le trou noir dans le nombril de la Voie Lactée montre des champs magnétiques

jeEn avril 2019, l’image faisait la Une des journaux : un gribouillage lumineux de couleur orange avec un centre sombre : l’ombre d’un véritable trou noir. La tache sombre était une sensation. Pour la première fois, les astronomes ont pu rendre visible un exemple de ces objets bizarres mais désormais indubitablement existants grâce à un réseau mondial de radiotélescopes appropriés, le « Event Horizon Telescope » (EHT). Il se trouve en plein centre de la galaxie géante active M84 dans la constellation de la Vierge. Un autre trou noir, cette fois au centre de notre propre galaxie, la Voie lactée, a été découvert en 2022. En raison de sa situation dans la constellation du Sagittaire et pour des raisons historiques, il est appelé Sagittaire A* ou « Sgr A* » en abrégé.

Aujourd’hui 27 mars, la collaboration EHT, qui regroupe plus de trois cents chercheurs, a publié une nouvelle image du trou au centre de la Voie Lactée et a parallèlement publié deux articles scientifiques à son sujet. Lettres de journaux astrophysiques. Une fois de plus, vous pouvez voir la tache sombre, qui est créée parce que le champ gravitationnel du trou noir guide la lueur micro-onde orange visualisée du disque de matière qui l’entoure autour de lui. Mais cette fois, le gribouillis orange est structuré par des dizaines de lignes parallèles. Ils marquent les champs magnétiques enroulés autour du trou noir. Ceci est aussi et surtout remarquable car une structure très similaire a été observée dans le trou noir au cœur de la galaxie active M87.

Les champs magnétiques sont devenus visibles parce que les chercheurs de l’EHT ont pu évaluer les informations contenues dans la polarisation du rayonnement collecté. Dans la lumière polarisée – ou dans d’autres rayonnements électromagnétiques tels que les micro-ondes – les ondes oscillent dans un plan préféré. Si le plasma – un gaz dont la température est suffisamment élevée pour séparer les électrons des corps atomiques – est traversé par des champs magnétiques, cela influence la polarisation de la lumière qui le traverse. Par conséquent, en observant cette lumière et en mesurant sa polarisation, on peut tirer des conclusions sur la structure et la force des champs magnétiques en question.

“La découverte de ces champs magnétiques ouvre une fenêtre sur les régions les plus intérieures de Sgr A*, où l’interaction entre la gravité, le magnétisme et la courbure de l’espace-temps atteint son apogée, explique Anton Zensus, directeur de l’Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn. fortement impliqué dans l’EHT. Ce qui passionne vraiment les chercheurs, c’est la similitude des conditions magnétiques à proximité des horizons des événements des deux trous noirs supermassifs examinés jusqu’à présent avec l’EHT.

Des millions de fois plus lourds que les trous noirs stellaires

Les deux objets sont classés par les astrophysiciens comme « supermassifs » (le terme plus correct « supermassif » en allemand n’est pas vraiment accepté) car ils sont des millions de fois plus lourds que les trous noirs qui se forment lorsque des étoiles très lourdes s’effondrent à la fin de leur vie. . Mais avec un peu plus de quatre millions de masses solaires, Sgr A* est mille fois plus petite que son homologue au centre de la galaxie M87.

De plus, M87 est une galaxie dite active, dans laquelle le trou noir afflue constamment de grandes quantités de matière, qui s’échauffent énormément et, en raison de l’interaction avec les champs magnétiques, forment parfois ce qu’on appelle des jets comme deux gigantesques tuyères. pointant dans des directions opposées sur des milliers d’années-lumière projetées à travers l’espace intergalactique. On pourrait s’attendre à des différences significatives dans la structure de l’environnement magnétique des deux objets.

Mais il y a quelque chose de différent à observer. “Ce que nous constatons maintenant, c’est qu’il existe des champs magnétiques puissants, tordus et organisés près du trou noir au centre de la Voie lactée”, explique Sara Issaoun du Harvard Center for Astrophysics, co-responsable du projet EHT. « Parallèlement au fait que Sgr A* a une structure de polarisation étonnamment similaire à celle du trou noir beaucoup plus grand et massif M87*, nous avons appris que des champs magnétiques puissants et ordonnés sont cruciaux dans la manière dont les trous noirs interagissent avec le gaz et la matière qui les entourent. autour.”

La raison pour laquelle les informations intéressantes sur la polarisation n’ont été obtenues que maintenant est due à la complexité particulière des observations EHT des ombres de ces deux trous noirs, qui testent déjà les limites de ce qui est techniquement possible. “Contrairement à une image standard, qui nécessite uniquement des informations sur l’intensité de la lumière, il est beaucoup plus difficile de représenter la polarisation”, explique l’astrophysicien théoricien Luciano Rezzolla de l’Université de Francfort. « En fait, notre image polarisée de Sgr A* est le résultat d’une comparaison minutieuse entre les mesures réelles et les centaines de milliers de variantes d’images possibles que nous pouvons créer à l’aide de simulations avancées sur superordinateur. Semblables à la première image de Sgr A*, ces images polarisées représentent une sorte de moyenne de toutes les mesures.”

L’effort en valait apparemment la peine. “Avec un échantillon de deux trous noirs de masses très différentes et dans deux galaxies très différentes, il est important de découvrir en quoi ils sont similaires et en quoi ils sont différents”, explique Mariafelicia De Laurentis, scientifique adjointe du projet EHT et professeur à l’Université. de Naples. « Puisque les deux nous donnent désormais la preuve de champs magnétiques puissants, il va de soi qu’il s’agit d’une propriété universelle, peut-être même fondamentale, de ce type de systèmes. Les similitudes entre les deux trous noirs pourraient également inclure la présence d’un jet. Dans M87 on peut observer un jet très prononcé. En revanche, il nous reste encore à trouver le jet Sagittarius A*.»