gov-civil-vilareal.ptRegarder en bas de la falaise de l'infini : la première image de l'horizon des événements d'un trou noir
>Pour la première fois dans l'histoire de l'humanité, des astronomes ont combiné la puissance de télescopes de toute notre planète pour créer une image qui montre l'horizon des événements d'un trou noir.
Le tableau collecté est appelé le télescope Event Horizon , et au cours de quatre nuits en avril 2017, il a observé le trou noir supermassif au cœur de M87 , une galaxie elliptique dans l'amas de la Vierge , à 55 millions d'années-lumière de la Terre.
Ce qu'ils ont vu est, eh bien, à couper le souffle :
La toute première image de l'horizon des événements d'un trou noir supermassif. Celui-ci montre la silhouette d'un trou noir d'une masse 6,5 milliards de fois celle du Soleil, situé au cœur de la galaxie M87 à 55 millions d'années-lumière de la Terre. Crédit: NSF
Je veux être très prudent ici, car cette image est un peu plus compliquée qu'un simple anneau de lumière avec le trou noir au centre, et la physique derrière elle est assez féroce.
Pour être clair, vous ne voyez pas réellement le trou noir lui-même. Ce trou circulaire au centre de l'anneau n'est pas le trou noir, mais vraiment un effet de sa gravité. On l'appelle l'ombre du trou noir, mais je le considère davantage comme son dispositif d'occultation : la gravité courbe la lumière du matériau qui l'entoure, l'envoyant vers nous, laissant un espace là où se trouve le trou noir lui-même. Peut-être que la meilleure façon de le décrire est comme silhouette de la gravité du trou noir.
Cette vidéo devrait vous donner une idée de l'effet :
Il vous reste une région sphérique dans l'espace où rien ne peut sortir. La surface de cette sphère, si vous y pensez de cette façon, s'appelle la horizon des événements (parce que tout événement qui se passe à l'intérieur est au-delà de votre horizon et ne peut pas être vu). Mais juste à l'extérieur elle, la gravité est intensément forte mais pas impossible. Un photon, une particule de lumière, passant près de cette limite mais toujours à l'extérieur aura son chemin considérablement infléchi, mais il pouvez échapper.
La taille de l'horizon des événements dépend de la masse du trou noir. Si vous faites le calcul – calculé pour la première fois par Einstein au début des années 1900 – vous constaterez que si vous comprimez le Soleil en un trou noir, il ferait 6 kilomètres de diamètre. Attention, le Soleil fait 1,4 million de kilomètres de diamètre maintenant ! Vous devez donc créer des objets incroyablement petits et denses pour qu'ils deviennent des trous noirs.
Nous pensons maintenant que chaque grande galaxie de l'Univers a un trou noir supermassif en son centre, avec des millions voire des milliards de fois la masse du Soleil. Le voie Lactée en a un qui est plus de 4 millions de fois la masse du Soleil, par exemple.
M87 est un galaxie elliptique au cœur de l'amas de la Vierge, une collection de centaines de galaxies réparties dans le ciel entre les constellations du Lion et de la Vierge. C'est une immense galaxie, suffisamment lumineuse pour être vue avec des jumelles seulement, même si elle se trouve à 55 millions d'années-lumière.
C'est aussi un galaxie active : Contrairement au trou noir supermassif de la Voie lactée, celui au centre de M87 engloutit activement de la matière. Des matériaux, principalement du gaz et de la poussière, y tombent et, ce faisant, ils forment un disque plat appelé disque d'accrétion qui commence juste à l'extérieur de l'horizon des événements et s'étend sur plusieurs milliards de kilomètres. La vitesse à laquelle il tourbillonne dépend de sa distance à l'horizon des événements ; les choses très proches se déplacent presque à la vitesse de la lumière, tandis que les choses plus éloignées sont plus lentes.
Les composants de base d'un trou noir actif, y compris l'horizon des événements, le disque d'accrétion et le jet. Crédit: CE
Étant donné que le matériau frotte les uns contre les autres, il génère de la friction, ce qui génère à son tour de la chaleur. UNE parcelle de chaleur. Comme un parcelle beaucoup. Imaginez que vous vous frottez les mains à la vitesse de la lumière ! Le matériau du disque est chauffé à des millions de degrés et les éléments qui chauffent brillent férocement, émettant de grandes quantités de lumière.
C'est le matériau que vous voyez dans l'image du télescope Event Horizon*. Cela fournit une lueur d'arrière-plan tout autour du trou noir. Mais la gravité du trou noir le déforme, infléchissant le chemin emprunté par la lumière. Lumière de la matière derrière le trou noir se plie environ il, donc nous pouvons réellement le voir! Plus le trou noir est proche, plus il se courbe, jusqu'à ce que, juste au contour de l'horizon des événements vu de la Terre, plus aucune lumière ne soit visible. C'est pourquoi cette partie semble sombre.
La trajectoire de la lumière autour d'un trou noir est fortement déformée par la gravité. Dans ce diagramme, la Terre est décalée vers la droite et la lumière du matériau derrière le trou noir se courbe vers nous, laissant un trou là où se trouve le trou noir lui-même. Crédit: Nicolle R. Fuller/NSF
Mais attendez! Il y a plus!
tout, tout (roman)
Il y a un effet appelé rayonnement relativiste , causée par le mouvement incroyablement rapide du matériau alors qu'il orbite juste à l'extérieur du trou noir. Si vous tenez une ampoule devant vous, la lumière se dilate dans une sphère, dans toutes les directions, mais si cette ampoule se déplace près de la vitesse de la lumière, la lumière que nous voyons émise semble être rayonnée, comme une lampe de poche , dirigé dans la direction où il se déplace. Cet effet bizarre signifie qu'un objet dirigé vers vous à une vitesse proche de la vitesse de la lumière apparaît plus lumineux, car une plus grande partie de sa lumière est focalisée vers vous, et quelque chose qui s'éloigne semble plus sombre, car sa lumière est focalisée loin de vous.
Maintenant, regardez à nouveau l'image du télescope Event Horizon. Vous voyez comment les éléments en bas de l'anneau sont plus brillants que les éléments en haut ? C'est dû au rayonnement relativiste ! Le matériau du bas se dirige vers nous, et plus brillant que le matériau du haut, qui s'éloigne de nous. Cela nous indique dans quelle direction tourne le disque d'accrétion. Le trou noir lui-même tourne aussi, dans le même sens que le disque, ce qui nous dit aussi que de notre point de vue, le trou noir tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.
Je ne vous mentirai pas : lorsque j'ai regardé cette image pour la première fois et que j'ai réalisé ce que je voyais, les cheveux de ma nuque se sont dressés.
Les huit télescopes à travers la Terre qui composent le télescope Event Horizon. Crédit : Université de l'Arizona / Dan Merrone
La technologie qui a permis aux astronomes de créer cette image est incroyable. Ils ont utilisé huit télescopes différents situés dans le monde – Arizona, Chili, Mexique, Espagne, Hawaï et Antarctique – pour observer le trou noir de M87. Ces télescopes ne voient pas la lumière optique comme nos yeux, mais sont plutôt sensibles à la lumière dans la gamme de longueurs d'onde millimétriques, plus proche des ondes radio que de la lumière optique . Ces ondes millimétriques voyagent à la vitesse de la lumière (car elles sont légères) et atteignent les télescopes à des moments légèrement différents. Chaque télescope observe attentivement ces ondes, et si vous combinez ces informations, c'est comme si vous aviez un télescope virtuel de la taille de l'espace entre les deux observatoires.
C'est appelé interférométrie . Lorsque vous combinez les ondes vues à deux endroits, elles interfèrent de manière constructive et destructive les unes avec les autres, créant des franges. C'est comme quand tu patauges dans une baignoire ; les crêtes des vagues s'additionnent parfois et éclaboussent la baignoire, tandis que les creux se combinent pour faire baisser le niveau de l'eau autour de vous. Ces combinaisons de crêtes et de creux sont les franges. Dans un réseau de télescopes interférométriques, l'information dans tout ce qui peut être retournée, travaillée à l'envers, pour créer une image de l'image qui vous envoie les ondes. C'est un travail extrêmement complexe et plus facile à des longueurs d'onde plus longues, c'est pourquoi des télescopes à ondes millimétriques ont été utilisés (la lumière optique a beaucoup, beaucoup longueur d'onde plus courte, et donc l'interférométrie optique est beaucoup plus difficile).
Quand tout est combiné, le télescope Event Horizon agit comme un seul plat la taille de notre planète . C'est ainsi qu'il pouvait voir n'importe quel détail dans le trou noir M87. Même s'il est immense, 40 milliards de kilomètres de diamètre, il est à 55 millions d'années-lumière, donc de la Terre, il n'est qu'à environ quatre milliardièmes d'un degré en taille !
La Lune dans le ciel fait un demi-degré de large, donc cette image de trou noir est équivalente voir une bille sur la Lune . Ou plus précisément, une bille noire entourée d'un élastique brillant.
C'est une réalisation phénoménale, vraiment une nouvelle ère en astronomie. Nous avons vu les effets des trous noirs pendant des décennies : des matériaux en orbite autour d'eux et devenant férocement chauds ; des faisceaux de matière et d'énergie s'en éloignent alors que le champ magnétique ridiculement fort dans le disque d'accrétion arrache la matière et la projette à une vitesse énorme ; et même les effets du trou noir supermassif de notre propre galaxie sur les étoiles qui l'entourent, observant en temps réel alors qu'elles tournent autour d'elle à grande vitesse.
Et nous avons exploré la physique des trous noirs grâce aux équations élaborées par des esprits brillants pendant de nombreuses décennies, apprenant comment ils déforment l'espace et le temps, ce qui se passe près de l'horizon des événements, ce qui se passe en dehors de celui-ci, et parfois même se passe à l'intérieur.
Mais c'est la première fois que nous voyons l'horizon des événements d'un trou noir. Et ça ira mieux à partir d'ici ; plus de télescopes seront ajoutés pour obtenir une meilleure résolution, différentes longueurs d'onde vues extrairont plus d'informations de ce que nous voyons, et, encore plus froid, plus de trous noirs - y compris le nôtre au centre de la Voie lactée - seront examinés de cette façon .
Les trous noirs sont sombres, mais leur avenir est très brillant.
* Remarque : le télescope Event Horizon a également examiné le trou noir au centre de notre galaxie, mais il est beaucoup plus difficile d'en créer une image en raison de sa variabilité, modifiant sa luminosité sur une échelle d'heures et de jours. Le trou noir M87 est plus stable, donc plus facile à imager. Par une bizarrerie de géométrie, il est environ 1 600 fois plus gros que notre trou noir, mais environ 2 000 fois plus loin, il apparaît donc à peu près de la même taille que le nôtre depuis la Terre.
