lundi 19 février 2018

Un tore de gaz et de poussière en rotation observé autour du trou noir de M77


Comme nous allons beaucoup parler de trous noirs supermassifs cette année, autant commencer au plus tôt... Pour faire suite à notre précédent billet déjà dédié à ces objets extrêmes, voici donc une toute nouvelle observation, effectuée avec ALMA cette fois-ci, et qui offre pour la première fois une vision du tore de gaz qui tourne autour du trou noir actif de la grosse galaxie M77 (NGC 1068). La rotation d'un tel tore est mesurée pour la première fois. 




Masatoshi Imanishi (National Astronomical Observatory of Japan) et ses collègues japonais ont exploité les performances inégalées du réseau de radiotélescopes ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), à la fois en résolution angulaire et en analyse spectrale pour imager la région entourant le trou noir supermassif de NGC 1068 dans les longueurs d'onde de deux molécules : le HCN et le HCO+.  NGC 1068 est une galaxie spirale barré à noyau actif, ce qui signifie que son trou noir accrete du gaz qui du coup rayonne. Située à une distance d'environ 47 millions d'années-lumière, c'est l'une des galaxies à noyau actif les plus proches. Elle est donc un laboratoire naturellement intéressant pour les astrophysiciens qui s'intéressent à la physique des trous noirs supermassifs et à la relation qu'ils entretiennent avec leur galaxie hôte.

L'équipe japonaise a réussi à mettre en évidence une structure gazeuse pas plus grande que 20 années-lumière (rappelons-le, à une distance de près de 50 millions d'années-lumière!). Et cette structure gazeuse montre un spectre décalé vers le bleu d'un côté et décalé vers le rouge de l'autre, signant sa rotation (vitesse et sens). La modélisation de ces signaux indique qu'il s'agit d'un disque épais de gaz et de poussière en rotation rapide, un tore, dont la présence autour d'un trou noir supermassif est attendue d'après le modèle unifié des noyaux actifs de galaxies. De tels tores avaient déjà été observés, mais à plus faible résolution, et leur rotation n'avait encore jamais pu être mesurée.

Les astrophysiciens ont eu la bonne idée de chercher les raies d'émission de molécules présentes surtout dans les milieux denses comme ces tores de gaz, alors que la molécule CO classiquement observée par ALMA est ici moins utile.
Des observations antérieures de la région centrale de NGC 1068 avaient indiqué la présence d'une structure gazeuse et poussiéreuse allongée dans la direction Est-Ouest. Et les données de vitesse issues des décalages spectraux correspondent tout à fait avec cette orientation. Mais les chercheurs japonais, qui publient leur observation dans The Astrophysical Journal Letters, montrent que le tore n'est pas parfait. Il possède en effet une asymétrie : la mesure de la rotation indique la présence d'une composante non liée au champ gravitationnel du trou noir central, avec des vitesses très dispersées dans la partie Ouest. En outre la rotation du tore apparaît être en rotation inverse par rapport au gaz de la galaxie. Ces curiosités sont interprétées par Masatoshi Imanishi et son équipe comme le signe d'un passé mouvementé de M77  avec par exemple la fusion avec une petite galaxie...



Source

ALMA Reveals an Inhomogeneous Compact Rotating Dense Molecular Torus at the NGC 1068 Nucleus. 
Masatoshi Imanishi et al.
The Astrophysical Journal Letters 853, L25 ()


Ilustrations

1) La galaxie NGC 1068 (ou M77), imagée par Hubble et par ALMA (encart), en rouge les émissions du HCO+ et en vert les émissions de HCN (ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / Imanishi et al / NASA / ESA / Hubble / A. van der Hoeven)

2) Zoom sur la structure gazeuse en forme de tore et décalges spectraux obtenus avec ALMA, en rouge : éloignement, en bleu : rapprochement (ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / Imanishi et al.)

3) Vue d'artiste de ce à quoi devrait ressembler le tore de gaz et de poussière dense entourant un trou noir supermassif (au centre) (ALMA / ESO / NAOJ / NRAO.)

5 commentaires :

sixenligne atmo a dit…

Bonjour,

A propos de TN, a-t-on des nouvelles de la collaboration Event Horizon Telescope?
Quand peut-on espérer "voir" Sagitarius A*?

Bonne continuation

Dr Eric SIMON a dit…

Les dernières données, celles venant du South Pole Telescope ont été récupérées le 13 décembre, elles sont indispensables pour reconstruire les images. Toutes les données sont actuellement en train d'être traitées au MIT. J'ai demandé récemment à l'EHT si ils pouvaient fournir une date approxmative pour l'annonce, mais je n'ai pas eu de réponse. Le dernier update officiel date du 15 décembre, il disait qu'une fois les disques durs arrivés, il avaient besoin de 3 semaines pour comparer les données des différents observatoires et que seulement ensuite, l'analyse des données pourrait commencer... A priori, ils devraient aller assez vite car tout était prêt pour l'analyse, des jeux de données simulées ayant été utilisés jusque là. J'ai entendu dire que ça pourrait venir au printemps... encore quelques semaines de patience (dans l'azur)! Voir ici : http://eventhorizontelescope.org/blog/eht-status-update-december-15-2017

sixenligne atmo a dit…

Merci pour ces infos, ce projet d'un "téléscope" de la taille de la Terre est tout simplement génial, je suis impatient de voir les résultats.

Jean-Paul a dit…

Bonjour

Je crois que, comme dans le cas de l'accélération de l'expansion, les équipes de l'EHT ne vont pas publier des résultats qui vont à l'encontre de ceux attendus sans prendre le temps de longues vérifications.
J'ai dit ailleurs sur le blog que, ne croyant pas aux TNT (les TN Théoriques avec horizon et singularité centrale de la RG), je m'attend à ce que l'EHT ne voit pas cette ombre de Sagitarius A telle que qu'on s'attend à la voir. J'aimerai vous soumettre ce texte qui remonte a quelque temps (les MEHD sont des masses effondrées hyper denses dépourvues des anomalie géométrique des TNT) . Coupé en deux message pour limite des 4096 caractères.

1 - Test prochain de l'existence de l'horizon et du TNT via son ombre

Il est certain que les MEHD se distinguent des TNT par l'absence d'horizon et de singularité centrale. Mais elles partagent avec les TNT d'autres propriétés qui découlent de l'énormité du champ de gravité, du caractère déstructuré du plasma de matière-énergie qui les compose, de l'impossibilité pratique pour la lumière d'en échapper, etc. On ne peut donc tester l'existence des TNT que sur l'existence des propriétés qui leurs sont spécifiques. Par exemple on ne voit pas a priori pourquoi les MEHD n'obéiraient pas comme les TNT à un « No hair theorem », à savoir qu'on ne pourrait pas les caractériser plus finement que par leur masse, leur moment cinétique et leur charge électrique. Le contraire serait prouvé si ce théorème exigeait l'existence de l'horizon. Et même si c'était le cas, il faudrait sans doute pouvoir distinguer expérimentalement entre pratiquement pas de cheveux (pour les MEHD) et absolument pas de cheveux (pour les TNT). Une différentiation qui parait physiquement improbable.

Jean-Paul a dit…

2 (Suite) Test prochain de l'existence de l'horizon et du TNT via son ombre

Et puisque la singularité paraît difficile à observer, il reste l'horizon, dont l'observation indirecte mais suffisamment précise constituera un test fiable.
Un des effets de l'horizon qui serait testable est son effet d'ombre prévu par la RG. L'ombre est l'effet de la mise en orbite de la lumière au voisinage extérieur de l'horizon. Cette sphère photonique termine clairement le disque brillant d'accrétion par le TNT de la matière et du rayonnement. Au delà de cette sphère, c'est le plongeon sans retour. L'ombre est selon la RG le net contraste défini entre cette sphère et le TNT délimité par son horizon. S'il n'y a pas d'horizon, il n'y a pas d'ombre ? Une MEHD sans horizon a probablement aussi une ombre, mais d'une forme ou localisation différente de celle d'un TNT, et dépourvue de ce net contraste au voisinage de l'horizon. L' Event Horizon Telescope (EHT), sera bientôt (*) en mesure de détecter si Sagittarius A*, le super-massif trou noir (ou MEHD ?) central de notre galaxie possède (ou non ?) l'ombre que la RG lui prévoit.
Si négatif, ce test invalidera non seulement l'IG(RG) mais aussi toute théorie de gravité modifiée qui conserve la notion de TNT à horizon. Ainsi Moffat voit dans la mesure de l'ombre un moyen de valider/falsifier sa théorie MOG ou la RG. Car MOG prédit des dimensions différentes pour les horizons et donc une différence entre leurs ombres mesurables. Qui serait suffisante pour départager RG et MOG aux erreurs prévues près.
Une absence d'ombre ou du contraste qui dans l'ombre signale l'horizon invaliderait non seulement l'IG(RG) mais aussi toute autre théorie de la gravité qui, comme MOG, prévoit également des TNT, fussent-ils un peu différents. Mais en fait, la critique logique du concept de TNT suffit, avant tout expérience , à invalider l'une et l'autre, en l'absence de variante ou d'interprétation leur permettant d'éviter les TNT en général ou ce TNT en particulier. Par exemple en supposant que Sagittarius A* est un TNT exhibitionniste montrant, déshabillée de son horizon, sa singularité centrale nue. Pour une fois, le pervers auraient des victimes bien consentantes. Mais la possibilité même de ce phénomène ne fait pas consensus chez les théoriciens. On exigera plutôt, « à affirmation extraordinaire, des preuves extraordinaires » (Carl Sagan). Des confirmations multiples et indépendantes de l'inexistence des TNT. Qu'on n'exigera sans doute pas ou pas au même niveau si une ombre est observée, car aujourd'hui, dans l'imaginaire de l'astrophysique, l'extraordinaire serait l'inexistence des TNT.
La preuve d'une ombre sera mieux que l'ombre d'une preuve. Si les futurs tests s'avèrent clairement positifs, je mange mon ombre de barbe et rend mon tablier de piètre artisan.
(*) Annoncé pour 2017. En attendant les astrophysiciens affûtent leurs simulations pour préparer les futures observations. Pour 2018 aux dernières nouvelles.