Une nouvelle technologie rend les images des trous noirs plus nettes


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  • Lorsque les scientifiques ont dévoilé la première image historique de l’humanité d’un trou noir en 2019 – représentant un noyau sombre encerclé par une aura ardente de matière tombant vers lui – ils pensaient que des images et des idées encore plus riches attendaient d’être extraites des données.

    Les simulations prédisent que, obscurci par cette lueur orange vif, il devrait exister un mince anneau de lumière brillant créé par des photons projetés à l’arrière du trou noir par son intense gravité.

    Maintenant, une équipe de chercheurs a combiné des prédictions théoriques et des algorithmes d’imagerie sophistiqués pour « remasteriser » l’imagerie originale du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87 *, capturée pour la première fois par le télescope Event Horizon (EHT) en 2019. Leurs découvertes , publié aujourd’hui dans Le Journal Astrophysique, sont conformes aux prédictions théoriques et offrent de nouvelles façons d’explorer ces objets mystérieux, qui sont censés résider au cœur de la plupart des galaxies.

    « L’approche que nous avons adoptée consistait à tirer parti de notre compréhension théorique de l’apparence de ces trous noirs pour construire un modèle personnalisé pour les données EHT », explique Dominic Pesce, co-auteur de l’étude basé au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian et membre de la collaboration EHT. « Notre modèle décompose l’image reconstruite en deux éléments qui nous intéressent le plus, afin que nous puissions étudier les deux éléments individuellement plutôt que mélangés. »

    Le résultat a été rendu possible parce que l’EHT est un « instrument de calcul en son cœur », déclare Avery Broderick, qui a dirigé l’étude et détient la chaire John Archibald Wheeler de la famille Delaney à l’Institut Perimeter. « Cela dépend autant des algorithmes que de l’acier. Des développements algorithmiques de pointe nous ont permis de sonder les principales caractéristiques de l’image tout en rendant le reste dans la résolution native de l’EHT. »

    Pour obtenir ce résultat, l’équipe a utilisé un logiciel d’imagerie qu’ils ont développé appelé THEMIS, qui leur a permis d’isoler les caractéristiques distinctes de l’anneau à partir des observations originales du trou noir M87 * – ainsi que de révéler l’empreinte révélatrice d’un puissant jet soufflant vers l’extérieur depuis le trou noir.

    En « décollant » essentiellement des éléments de l’imagerie, explique le co-auteur Hung-Yi Pu, professeur adjoint à l’Université nationale normale de Taiwan, « l’environnement autour du trou noir peut alors être clairement révélé ».

    Les trous noirs ont longtemps été considérés comme invisibles jusqu’à ce que les scientifiques les fassent sortir de leur cachette avec un réseau mondial de télescopes connu sous le nom d’EHT. À l’aide de huit observatoires sur quatre continents, tous pointés au même endroit dans le ciel et reliés entre eux par une synchronisation à la nanoseconde, les chercheurs de l’EHT ont observé deux trous noirs en 2017.

    La collaboration EHT a dévoilé pour la première fois le trou noir supermassif dans M87 * en 2019. Plus tard en 2022, ils ont révélé le trou noir relativement petit mais tumultueux au cœur de notre propre galaxie de la Voie lactée, appelé Sagittaire A * (ou Sgr A *).

    Les trous noirs supermassifs occupent le centre de la plupart des galaxies, emballant une quantité incroyable de masse et d’énergie dans un petit espace ; le trou noir M87 *, par exemple, est 2 quadrillions (c’est-à-dire deux suivis de 15 zéros) fois plus massif que la Terre.

    L’image M87 * que les scientifiques ont dévoilée en 2019 était une découverte historique, mais les chercheurs ont estimé qu’ils pouvaient encore affiner l’image et glaner de nouvelles informations. En appliquant leur nouvelle technique logicielle aux données originales de 2017, l’équipe a pu concentrer le pouvoir contraignant des données sur les phénomènes que les théories et les modèles prédisent se cachent sous la surface.

    La technique nouvellement développée montre à peine ses promesses sur les données EHT existantes de 2017.

    « Alors que nous continuons à ajouter plus de télescopes et à construire l’EHT de nouvelle génération, la qualité et la quantité accrues de données nous permettront d’imposer des contraintes plus définitives sur ces signatures dont nous n’avons que maintenant nos premiers aperçus », déclare co -auteur Paul Tiede, astrophysicien CfA et boursier EHT à la Black Hole Initiative de l’Université de Harvard.

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