Des astronomes détectent une bulle de gaz chaud tourbillonnant autour du trou noir supermassif de la Voie lactée

“Nous pensons que nous avons affaire à une bulle de gaz chaude qui tourne autour du Sagittaire A* sur une orbite de taille similaire à celle de la planète Mercure, mais qui effectue une boucle complète en à peine 70 minutes environ. Cela nécessite une vitesse époustouflante d’environ 30% de la vitesse de la lumière !” dit Maciek Wielgus de l’Institut Max Planck de radioastronomie à Bonn, en Allemagne, qui a dirigé l’étude publiée aujourd’hui dans Astronomie & Astrophysique.

Les observations ont été faites avec ALMA dans les Andes chiliennes – un radiotélescope détenu en copropriété par l’Observatoire européen austral (ESO) – lors d’une campagne de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) pour imager les trous noirs. En avril 2017, l’EHT a relié huit radiotélescopes existants dans le monde, dont ALMA, ce qui a donné la toute première image du Sagittaire A* récemment publiée. Pour calibrer les données EHT, Wielgus et ses collègues, membres de la collaboration EHT, ont utilisé des données ALMA enregistrées simultanément avec les observations EHT de Sagittarius A*. À la surprise de l’équipe, il y avait plus d’indices sur la nature du trou noir cachés dans les mesures d’ALMA uniquement.

Par chance, certaines des observations ont été faites peu de temps après qu’une rafale ou une éruption d’énergie de rayons X ait été émise depuis le centre de notre galaxie, qui a été repérée par le télescope spatial Chandra de la NASA. On pense que ces types d’éruptions, précédemment observées avec des télescopes à rayons X et infrarouges, sont associées à ce que l’on appelle des «points chauds», des bulles de gaz chauds qui orbitent très rapidement et à proximité du trou noir.

“Ce qui est vraiment nouveau et intéressant, c’est que de telles éruptions n’étaient jusqu’à présent clairement présentes que dans les observations aux rayons X et infrarouges du Sagittaire A*. Ici, nous voyons pour la première fois une très forte indication que des points chauds en orbite sont également présents dans les observations radio “, déclare Wielgus, qui est également affilié au Centre astronomique Nicolaus Copernicus, en Pologne, et à la Black Hole Initiative de l’Université de Harvard, aux États-Unis.

“Peut-être que ces points chauds détectés aux longueurs d’onde infrarouges sont une manifestation du même phénomène physique : lorsque les points chauds émettant des infrarouges se refroidissent, ils deviennent visibles à des longueurs d’onde plus longues, comme celles observées par ALMA et l’EHT”, ajoute Jesse Vos, un Doctorant à l’Université Radboud, Pays-Bas, qui a également participé à cette étude.

On a longtemps pensé que les éruptions provenaient d’interactions magnétiques dans le gaz très chaud en orbite très proche du Sagittaire A *, et les nouvelles découvertes soutiennent cette idée. “Maintenant, nous trouvons des preuves solides d’une origine magnétique de ces éruptions et nos observations nous donnent un indice sur la géométrie du processus. Les nouvelles données sont extrêmement utiles pour construire une interprétation théorique de ces événements”, déclare la co-auteur Monika Mo? cibrodzka de l’Université Radboud.

ALMA permet aux astronomes d’étudier les émissions radio polarisées du Sagittaire A*, qui peuvent être utilisées pour dévoiler le champ magnétique du trou noir. L’équipe a utilisé ces observations avec des modèles théoriques pour en savoir plus sur la formation du point chaud et l’environnement dans lequel il est intégré, y compris le champ magnétique autour du Sagittaire A*. Leurs recherches fournissent des contraintes plus fortes sur la forme de ce champ magnétique que les observations précédentes, aidant les astronomes à découvrir la nature de notre trou noir et de ses environs.

Les observations confirment certaines des découvertes précédentes faites par l’instrument GRAVITY du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, qui observe dans l’infrarouge. Les données de GRAVITY et d’ALMA suggèrent toutes deux que l’éruption provient d’un amas de gaz tourbillonnant autour du trou noir à environ 30 % de la vitesse de la lumière dans le sens des aiguilles d’une montre dans le ciel, l’orbite du point chaud étant presque de face. .

“A l’avenir, nous devrions être en mesure de suivre les points chauds à travers les fréquences en utilisant des observations coordonnées à plusieurs longueurs d’onde avec GRAVITY et ALMA – le succès d’une telle entreprise serait une véritable étape pour notre compréhension de la physique des éruptions dans le centre galactique”, dit Ivan Marti-Vidal de l’Université de València en Espagne, co-auteur de l’étude.

L’équipe espère également pouvoir observer directement les amas de gaz en orbite avec l’EHT, sonder toujours plus près du trou noir et en apprendre davantage à son sujet. “Espérons qu’un jour, nous serons à l’aise de dire que nous “savons” ce qui se passe en Sagittaire A*“, conclut Wielgus.

Plus d’information

Cette recherche a été présentée dans l’article “Orbital motion near Sagittarius A* — Constraints from polarimetric ALMA observations” à paraître dans Astronomie & Astrophysique.

L’équipe est composée de M. Wielgus (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Allemagne [MPIfR]; Centre astronomique Nicolaus Copernicus, Académie polonaise des sciences, Pologne ; Black Hole Initiative à l’Université de Harvard, États-Unis [BHI]), M. Moscibrodzka (Département d’Astrophysique, Université Radboud, Pays-Bas [Radboud]), J. Vos (Radboud), Z. Gelles (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA et BHI), I. Martí-Vidal (Universitat de València, Espagne), J. Farah (Las Cumbres Observatory, USA ; Université de Californie, Santa Barbara, États-Unis), N. Marchili (Centre régional italien ALMA, INAF-Istituto di Radioastronomia, Italie et MPIfR), C. Goddi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Cagliari, Italie et Universidade de São Paulo, Brésil) et H. Messias (Observatoire conjoint ALMA, Chili).

L’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), une installation internationale d’astronomie, est un partenariat entre l’ESO, la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les Instituts nationaux des sciences naturelles (NINS) du Japon, en coopération avec la République du Chili. ALMA est financé par l’ESO au nom de ses États membres, par la NSF en coopération avec le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) et le ministère de la Science et de la Technologie (MOST) et par le NINS en coopération avec l’Academia Sinica (AS) à Taïwan. et l’Institut coréen d’astronomie et des sciences spatiales (KASI). La construction et les opérations d’ALMA sont dirigées par l’ESO au nom de ses États membres ; par le National Radio Astronomy Observatory (NRAO), géré par Associated Universities, Inc. (AUI), au nom de l’Amérique du Nord ; et par l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ) au nom de l’Asie de l’Est. L’Observatoire conjoint d’ALMA (JAO) assure la direction et la gestion unifiées de la construction, de la mise en service et de l’exploitation d’ALMA.

L’Observatoire européen austral (ESO) permet aux scientifiques du monde entier de découvrir les secrets de l’Univers pour le bénéfice de tous. Nous concevons, construisons et exploitons des observatoires de classe mondiale sur le terrain – que les astronomes utilisent pour aborder des questions passionnantes et répandre la fascination de l’astronomie – et promouvons la collaboration internationale en astronomie. Créée en tant qu’organisation intergouvernementale en 1962, l’ESO est aujourd’hui soutenue par 16 États membres (Autriche, Belgique, République tchèque, Danemark, France, Finlande, Allemagne, Irlande, Italie, Pays-Bas, Pologne, Portugal, Espagne, Suède, Suisse et le Royaume-Uni), avec l’État hôte du Chili et avec l’Australie en tant que partenaire stratégique. Le siège de l’ESO et son centre d’accueil et son planétarium, l’ESO Supernova, sont situés près de Munich en Allemagne, tandis que le désert chilien d’Atacama, un endroit merveilleux avec des conditions uniques pour observer le ciel, accueille nos télescopes. L’ESO exploite trois sites d’observation : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l’ESO exploite le Very Large Telescope et son Very Large Telescope Interferometer, ainsi que deux télescopes d’étude, VISTA travaillant dans l’infrarouge et le VLT Survey Telescope en lumière visible. Toujours à Paranal, l’ESO hébergera et exploitera le Cherenkov Telescope Array South, l’observatoire de rayons gamma le plus grand et le plus sensible au monde. En collaboration avec des partenaires internationaux, l’ESO exploite APEX et ALMA sur Chajnantor, deux installations qui observent le ciel dans la gamme millimétrique et submillimétrique. À Cerro Armazones, près de Paranal, nous construisons “le plus grand œil du monde sur le ciel” – l’Extremely Large Telescope de l’ESO. Depuis nos bureaux de Santiago, au Chili, nous soutenons nos opérations dans le pays et nous nous engageons auprès de nos partenaires et de la société chilienne.