Crédit d'image: NRAO
Trente ans après que les astronomes ont découvert l'objet mystérieux au centre exact de notre galaxie de la Voie lactée, une équipe internationale de scientifiques a finalement réussi à mesurer directement la taille de cet objet, qui entoure un trou noir près de quatre millions de fois plus massif que le Soleil. Il s'agit de l'approche télescopique la plus proche d'un trou noir jusqu'à présent et met une frontière majeure de l'astrophysique à la portée des futures observations. Les scientifiques ont utilisé le radiotélescope Very Long Baseline Array (VLBA) de la National Science Foundation pour faire la percée.
«C'est un grand pas en avant», a déclaré Geoffrey Bower, de l'Université de Californie à Berkeley. "C'est quelque chose que les gens veulent faire depuis 30 ans", puisque l'objet central galactique, appelé Sagittaire A * (prononcé "A-star"), a été découvert en 1974. Les astronomes ont rapporté leurs recherches dans l'édition du 1er avril de Science Express.
"Nous avons maintenant une taille pour l'objet, mais le mystère de sa nature exacte demeure", a ajouté Bower. La prochaine étape, a-t-il expliqué, consiste à apprendre sa forme, «afin que nous puissions savoir s'il s'agit de jets, d'un disque mince ou d'un nuage sphérique».
Le centre de la Voie lactée, à 26 000 années-lumière de la Terre, est obscurci par la poussière, de sorte que les télescopes à lumière visible ne peuvent pas étudier l'objet. Alors que les ondes radio de la région centrale de la Galaxie peuvent pénétrer dans la poussière, elles sont dispersées par du plasma chargé turbulent dans l'espace le long de la ligne de visée jusqu'à la Terre. Cette dispersion avait déjoué les tentatives antérieures de mesurer la taille de l'objet central, tout comme le brouillard brouille les reflets des phares éloignés.
"Après 30 ans, les radiotélescopes ont finalement levé le brouillard et nous pouvons voir ce qui se passe", a déclaré Heino Falcke, de l'Observatoire radio de Westerbork aux Pays-Bas, un autre membre de l'équipe de recherche.
L'objet lumineux émettant des radios s'intégrerait parfaitement juste à l'intérieur de la trajectoire de l'orbite terrestre autour du Soleil, ont déclaré les astronomes. Ils calculent que le trou noir lui-même mesure environ 14 millions de miles de diamètre et s'intégrerait facilement à l'orbite de Mercure. Les trous noirs sont des concentrations de matière si dense que même la lumière ne peut échapper à leur puissante gravité.
Les nouvelles observations VLBA ont fourni aux astronomes leur meilleur aperçu à ce jour d'un système de trous noirs. "Nous sommes beaucoup plus près de voir les effets d'un trou noir sur son environnement ici que partout ailleurs", a déclaré Bower.
Le trou noir central de la Voie lactée, comme ses cousins plus massifs dans les noyaux galactiques plus actifs, est censé puiser dans la matière de son environnement et, ce faisant, alimenter l'émission des ondes radio. Bien que les nouvelles observations VLBA n'aient pas fourni de réponse définitive sur la nature de ce processus, elles ont contribué à exclure certaines théories, a déclaré Bower. Sur la base des derniers travaux, a-t-il expliqué, les principales théories restantes concernant la nature de l'objet radio-émetteur sont les jets de particules subatomiques, similaires à ceux observés dans les radio-galaxies; et certaines théories impliquant l'accélération de la matière près du bord du trou noir.
Comme les astronomes ont étudié le Sagittaire A * à des fréquences radio de plus en plus élevées, la taille apparente de l'objet est devenue plus petite. Ce fait, aussi, a déclaré Bower, a aidé à exclure certaines idées de la nature de l'objet. La diminution de la taille observée avec une fréquence croissante ou une longueur d'onde plus courte donne également aux astronomes une cible alléchante.
"Nous pensons que nous pourrons éventuellement observer à des longueurs d'onde suffisamment courtes que nous verrons une coupure lorsque nous atteindrons la taille du trou noir lui-même", a déclaré Bower. En outre, at-il dit, "dans les futures observations, nous espérons voir une" ombre "projetée par un effet de lentille gravitationnelle de la très forte gravité du trou noir."
En 2000, Falcke et ses collègues ont proposé une telle observation pour des raisons théoriques, et cela semble désormais possible. "Imager l'ombre de l'horizon des événements du trou noir est maintenant à notre portée, si nous travaillons assez dur dans les années à venir", a ajouté Falcke.
Une autre conclusion à laquelle les scientifiques sont parvenus est que «la masse totale du trou noir est très concentrée», selon Bower. Les nouvelles observations du VLBA fournissent, a-t-il dit, «la localisation la plus précise de la masse d'un trou noir supermassif». La précision de ces observations permet aux scientifiques d'affirmer qu'une masse d'au moins 40 000 soleils doit résider dans un espace correspondant à la taille de l'orbite terrestre. Cependant, ce chiffre ne représente qu'une limite inférieure de la masse. Très probablement, selon les scientifiques, toute la masse du trou noir - égale à quatre millions de soleils - est concentrée bien à l'intérieur de la zone englobée par l'objet radio-émetteur.
Pour effectuer leur mesure, les astronomes ont dû faire des efforts minutieux pour contourner l'effet de diffusion du «brouillard» de plasma entre le Sagittaire A * et la Terre. "Nous avons dû pousser notre technique très fort", a déclaré Bower.
Bower a comparé la tâche à «essayer de voir votre canard en caoutchouc jaune à travers le verre dépoli de la cabine de douche». En faisant de nombreuses observations, en ne conservant que des données de la plus haute qualité et en supprimant mathématiquement l’effet de diffusion du plasma, les scientifiques ont réussi à effectuer la toute première mesure de la taille du Sagittaire A *.
En plus de Bower et Falcke, l'équipe de recherche comprend Robin Herrnstein de l'Université Columbia, Jun-Hui Zhao du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Miller Goss du National Radio Astronomy Observatory et Donald Backer de l'Université de Californie-Berkeley. Falcke est également professeur auxiliaire à l'Université de Nimègue et chercheur invité à l'Institut Max-Planck de radioastronomie de Bonn, en Allemagne.
Le Sagittaire A * a été découvert en février 1974 par Bruce Balick, maintenant à l'Université de Washington, et Robert Brown, maintenant directeur du National Astronomy and Ionospheric Center à Cornell University. Il a été démontré de façon concluante qu'il s'agit du centre de la Voie lactée, autour duquel tourne le reste de la Galaxie. En 1999, Mark Reid du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et ses collègues ont utilisé les observations VLBA du Sagittaire A * pour détecter le mouvement de la Terre en orbite autour du centre de la galaxie et déterminé que notre système solaire prend 226 millions d'années pour faire un circuit autour du Galaxie.
En mars 2004, 55 astronomes se sont réunis au National Radio Astronomy Observatory à Green Bank, en Virginie-Occidentale, pour une conférence scientifique célébrant la découverte du Sagittaire A * à Green Bank il y a 30 ans. Lors de cette conférence, les scientifiques ont dévoilé une plaque commémorative sur l'un des télescopes de découverte.
Le Very Long Baseline Array, qui fait partie de l'Observatoire national de radioastronomie, est un système de radiotélescope à l'échelle du continent, avec des antennes paraboliques de 10, 240 tonnes allant d'Hawaï aux Caraïbes. Il fournit le plus grand pouvoir de résolution, ou la capacité de voir les moindres détails, de n'importe quel télescope en astronomie, sur Terre ou dans l'espace.
L'Observatoire national de radioastronomie est un établissement de la National Science Foundation, exploité en vertu d'un accord de coopération par Associated Universities, Inc.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ORANO
