Les données du télescope EHT Event Horizont donnent aux scientifiques une nouvelle idée d'un monstre appelé la Voie lactée. Grâce à ces données, nous regardons de plus près le trou noir pour la première fois.

Un système de radiotélescopes qui sont placés autour de la Terre et nous l'appelons EHT (télescope Event Horizont), concentré sur quelques géants. Sagittaire A est un trou noir super massif au centre de la Voie lactée, et un trou noir encore plus grand à 53,5 millions d'années-lumière dans la galaxie M87. En avril 2017, les observatoires ont uni leurs forces pour observer les limites des trous noirs, où la force gravitationnelle est si forte que même les rayons lumineux ne peuvent pas la quitter. Après presque deux ans de comparaison des données, les chercheurs ont ensuite publié les premières images acquises de ces observations. Les scientifiques espèrent maintenant que les nouvelles images pourront nous en dire plus sur les trous noirs.

À quoi ressemble vraiment un trou noir?

Les trous noirs sont vraiment dignes de leur nom. L'énorme bête gravitationnelle n'émet aucune lumière dans aucune partie du spectre électromagnétique et ne semble donc pas exister par elle-même. Mais les astronomes savent qu'ils sont là-bas pour leur genre d'escorte. À mesure que leur force gravitationnelle vibre dans le gaz et la poussière stellaires, des masses se forment autour d'eux sous la forme d'un disque d'accrétion en rotation avec leurs atomes en collision mutuelle. Cette activité émet de la "chaleur blanche" et émet des rayons X et autres radiations de haute énergie. Les trous noirs saturés les plus "haineux" irradient ensuite toutes les étoiles des galaxies environnantes.

On suppose que dans l'image du télescope EHT de Sagittaria A dans la zone de la Voie lactée, également appelée Sgr A, il aura une ombre d'un trou noir sur son disque d'accrétion d'accompagnement de matériau brillant. Les simulations informatiques et les lois de la physique gravitationnelle donnent aux astronomes une assez bonne idée de ce à quoi s'attendre. En raison de la force gravitationnelle élevée près du trou noir, le disque d'accrétion sera déformé autour de l'horizon de l'anneau et ce matériau sera visible derrière le trou noir. L'image résultante est susceptible d'être asymétrique. La gravité plie la lumière de la partie interne du disque vers la Terre plus durement que la partie externe et rend une partie de l'anneau plus lumineuse.

Les lois du droit général s'appliquent-elles à la relativité autour d'un trou noir?

La forme exacte de l'anneau peut résoudre l'impasse la plus frustrante de la physique théorique. Deux piliers de la physique sont la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui contrôle les objets massifs et gravitationnellement forts tels qu'un trou noir, et la mécanique quantique, qui contrôle le monde étrange des particules subatomiques. Chaque théorie fonctionne dans son propre domaine. Mais ils ne peuvent pas travailler ensemble.

La physicienne Lia Medeiros de l'Université de l'Arizona à Tucson dit:

«La relativité générale et la physique quantique sont incompatibles. Si la relativité générale est appliquée dans la zone d'un trou noir, cela peut signifier un progrès pour les théoriciens de la physique ».

Parce que les trous noirs sont l'environnement gravitationnel le plus extrême de l'univers, ils sont le meilleur environnement pour le test de résistance de la théorie de la gravité. C'est comme jeter des théories contre un mur et s'attendre à savoir si et comment elles le démolissent. Si la théorie générale de la relativité s'applique, alors les scientifiques s'attendent à ce qu'un trou noir ait une ombre spécifique et donc une forme circulaire; si la théorie d'Einstein ne s'applique pas, alors l'ombre aura une forme différente. Lia Medeiros et ses collègues ont appliqué une simulation informatique à différentes ombres de 12 000 trous noirs, qui pourraient différer des théories d'Einstein.

L. Mederios dit:

"Si nous trouvons quelque chose de différent (des alternatives aux théories de la gravité), ce sera comme un cadeau de Noël."

Même un petit écart par rapport à la théorie générale de la relativité aiderait les astronomes à quantifier ce qu'ils voient de ce qu'ils attendent.

Des étoiles mortes appelées pulsars entourent-elles un trou noir de la Voie lactée?

Une autre façon de tester la théorie de la relativité générale autour des trous noirs consiste à observer le mouvement des étoiles. Lorsque la lumière des étoiles coule dans le champ d’attraction extrême du trou noir près de lui, la lumière est "étirée" et apparaît ainsi plus rouge. Ce processus, appelé "le changement gravitationnel rouge" et la théorie générale de la relativité, a été supposé. L'année dernière, des astronomes l'ont observée près de la zone SgrA. Jusqu'ici, bonne nouvelle pour la théorie d'Einstein. Un moyen encore meilleur de confirmer ce phénomène est de faire le même test sur des pulsars qui tournent rapidement et balayent le ciel étoilé avec des rayons de rayonnement à intervalles réguliers et semblent pulser.

Le décalage gravitationnel rouge perturberait ainsi le cours métronomique régulier et leur observation aurait un test plus précis de la théorie de la relativité générale.

Scott Ranson de l'Observatoire astronomique national de Charlottesville dit:

«Pour la plupart des gens qui observent la zone SgrA, ce serait un rêve de découvrir des pulsars, ou des pulsars en orbite autour d'un trou noir. De nombreux tests très intéressants et très détaillés de la théorie générale de la relativité peuvent être fournis par les pulsars. "

Cependant, malgré une observation attentive, aucun pulsar circulant à une proximité suffisante de la région SgrA n'a encore été trouvé. En partie parce que la poussière et les gaz galactiques diffusent leurs rayons et sont difficiles à cibler. Mais EHT offre la meilleure vue du centre des ondes radio, donc S. Ransom et ses collègues espèrent pouvoir le faire. «C'est comme une expédition de pêche avec de très faibles chances de capture, mais ça vaut le coup», ajoute S.Ransom.

Le Pulsar PSR J1745-2900 (à gauche sur l'illustration) a été découvert en 2013. Il tourne exactement à 150 années-lumière autour d'un trou noir au centre de la galaxie. Cependant, il est trop loin pour des tests précis de la théorie générale de la relativité. L'existence même de ce pulsar donne aux astronomes l'espoir d'utiliser l'EHT pour découvrir de plus en plus de pulsar plus proche du trou noir.

Comment les trous noirs produisent-ils des jets?

Certains trous noirs sont des gouttières affamées et aspirent des quantités massives de gaz et de poussière, tandis que d’autres sont difficiles à manger. Personne ne sait pourquoi. Le SgrA semble être un mangeur inquiet avec un disque étonnamment sombre, malgré une masse égale aux millions de masses solaires de 4. Une autre cible, ciblée par EHT, le trou noir de la galaxie M87 est un glouton. Il pèse comme 3,5 à 7,22 des milliards de soleils. Et qu’en plus de l’énorme disque d’accrétion accumulé dans son voisinage, il projette également un flux de particules subatomiques chargées à l’intérieur du 5 000, à des années-lumière.

Institut Thomas Krichbaum de radioastronomie de Bonn dit:

"C'est un peu une contradiction, de penser qu'un trou noir exclut quelque chose du tout."

Les gens pensent généralement qu'un trou noir n'absorbe que. De nombreux trous noirs produisent des jets plus longs et plus larges que des galaxies entières et peuvent atteindre des milliards d'années-lumière à partir du trou noir.

La question naturelle est de savoir quelle puissante source d'énergie émet des jets sur de si vastes distances. Grâce à EHT, nous pouvons enfin retracer ces événements pour la première fois. L'intensité du champ magnétique d'un trou noir dans la galaxie M87 peut être estimée en mesurant l'EHT, car elles sont liées aux forces des jets. En mesurant les propriétés des jets lorsqu'ils sont à proximité d'un trou noir, il permet de déterminer d'où vient le jet - de l'intérieur de son disque, ou d'une autre partie du disque, ou du trou noir lui-même.

Ces observations peuvent également clarifier si les jets proviennent d'un trou noir ou d'un matériau à écoulement rapide dans le disque. Parce que les jets peuvent transporter des matériaux du centre de la galaxie dans la région intergalactique, cela pourrait expliquer l'effet sur l'évolution et la croissance de la galaxie. Et même là où naissent les planètes et les étoiles.

T. Krichbaum dit:

«Il est important de comprendre l'évolution des galaxies depuis la formation précoce des trous noirs jusqu'à la naissance des étoiles et finalement jusqu'à la naissance de la vie. C'est une très grande histoire, et en étudiant les jets de trous noirs, nous ne complétons que légèrement les petites particules du grand puzzle de la vie.

Note de l'éditeur: Cette histoire a été mise à jour le 1er avril 2019 en précisant la masse du trou noir M 87: la masse de la galaxie est de 2,4 billions de masses du Soleil. Le trou noir lui-même a une masse semblable à plusieurs milliards de soleils. L'appendice, la simulation du trou noir, est un exemple de confirmation de la théorie d'Einstein de la relativité générale, et non sa réfutation.