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08/12/21

Le jet relativiste émanant de M87 a une forme de double hélice


Une équipe d'astrophysiciens a réussi une belle prouesse : en imageant à très haute résolution le jet émanant du trou noir M87*, ils parviennent à déceler une forme en double hélice à l'intérieur du plasma formant le jet. Ils publient ces superbes images dans The Astrophysical Journal Letters.  

24/03/21

Observation inédite de la polarisation de l'anneau de M87*


La collaboration Event Horizon Telescope, qui avait produit la première image de l'ombre de l'horizon d'un trou noir (M87*), vient de publier des nouveaux résultats issus de ses données de 2017. Elles concernent la polarisation de la lumière, c'est à dire indirectement les champs magnétiques qui entourent le trou noir supermassif. Les deux articles de la collaboration, publiés dans The Astrophysical Journal Letters, qui forment la suite des 6 articles fondateurs d'avril 2019, sont accompagnés par un troisième dans le même numéro de ApJL mais qui exploite quant à lui des observations de ALMA seul et pas uniquement sur M87*...

01/10/12

Comment Mesurer la Rotation d’un Trou Noir Supermassif

Comme on le sait, de nombreuses galaxies qui montrent un noyau actif possèdent un trou noir supermassif en leur centre, qui est à l’origine de l’activité observée. De l’énergie gravitationnelle est convertie en rayonnement par le biais de l’accrétion de matière autour du trou noir, et de la production de jets de matière relativiste, dont nous avons parlé récemment. Ces jets sont estimés être produits par accélération magnétique, mais il n’est pas encore sûr que ces champs magnétiques soient entièrement produits par le disque d’accrétion ou par le trou noir lui-même.
M87 et son jet de matière (Hubble/NASA).

Aucune observation assez fine en terme de résolution angulaire n’a encore permis de déceler le lieu de formation des jets de matière. Qui plus est, de telles observations pourraient permettre de savoir si la formation de jet requière forcément un trou noir en rotation par exemple, ou si le sens de rotation du disque d’accrétion (par rapport à celui du trou noir supermassif (TNSM) a une importance dans le phénomène.

C’est dans le but d’explorer ces zones de formation de jets de matière sur un trou noir supermassif qu’une équipe d’astrophysiciens américaine a utilisé un outil très performant sur un trou noir supermassif, lui aussi très performant !

Ils ont utilisé le Event Horizon Telescope, formant un réseau de radiotélescopes (détection d’ondes radio de 1.3 mm de longueur d’onde), ce qu’on appelle de l’interférométrie à très longue base (Very Long Baseline Interferometry, ou VLBI).

Le trou noir supermassif très performant qu’ils ont observé durant trois jours est le célèbre trou noir central monstrueux situé au cœur de la galaxie M87. La masse de ce TNSM est connue : elle vaut, accrochez-vous, 6.2 milliards de masses solaires. Du coup on connait aussi le rayon de ce trou noir, ce qu’on appelle son rayon de Schwartzschild, d’après la relativité générale, et qui vaut la bagatelle de 19 milliards de kilomètres (rappelons- nous que la Terre est à 149 millions de kilomètres du soleil).

Ce trou noir est si gros et si près de nous (54.5 miilions d’années-lumière) que l’angle de vue sous lequel on pourrait le « voir » est de 7.3 microsecondes d’arc, ce qui devient à la portée d’un instrument comme le Event Horizon Telescope.

Le VLBI utilisé est formé par quatre radiotélescopes situés sur trois localisations différentes : le James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) à Hawaï, le Arizona Radio Observatory's SubMillimeter Telescope (SMT), situé dans l’Arizona, et deux télescopes du Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy (CARMA) en Californie. Les données collectées ont ensuite été rapatriées et corrélées  à l’Observatoire Haystack du MIT.
Carte des trois sites formant le Event Horizon Telescope.
Grâce à cette méthode, la taille de la zone d’origine du jet a pu être mesurée avec une résolution angulaire de 40 microsecondes d’arc, soit 5.5 (+- 0.4) fois le rayon du trou noir. Les incertitudes proviennent  principalement  de l’incertitude sur la distance de M87 et sur la masse du TNSM.

Dans le modèle utilisé de production de jet, le paramètre important du disque d’accrétion associé à l’empreinte du jet est l’orbite circulaire stable la plus proche (Innermost Stable Circular Orbit  ou ISCO).

L’ISCO est la limite à partir de laquelle la matière plonge rapidement vers l’horizon des événements, il marque un pic d’intensité et de vitesse de rotation dans le flot d’accrétion. C’est l’endroit où les particules de toutes sortes sont le plus efficacement accélérées et commencent à rayonner. Et c’est aussi ce que mesurent en ondes radio nos astrophysiciens.

En mesurant cette dimension, les astrophysiciens du MIT parviennent à en déduire des informations cruciales sur la rotation du trou noir de M87.

En effet, le diamètre minimum de l’ISCO dépend directement du sens de rotation du TN : il vaut 6 fois le rayon de Schwarzschild dans le cas d’un trou noir statique, 9 fois le rayon de Schwartzschild pour un sens rétrograde (disque d’accrétion tournant dans le sens contraire de celui du TN), et 1 fois le rayon pour un sens prograde (dans le même sens).
Schéma de la formation des jets par un disque d'accrétion de trou noir.

La dimension observée/mesurée indique ainsi une nouvelle image plus détaillée du trou noir supermassif de M87 : celle d’un trou noir en rotation lente, possédant un disque d’accrétion tournant dans le même sens que le trou.

Ce résultat semble cohérent avec les théories généralement acceptées indiquant que les axes de rotation des trous noirs et des disques d’accrétion doivent se retrouver finalement alignés par des effets de précession et des transferts graduels  de moment cinétique du disque d’accrétion.

Le but des astrophysiciens est maintenant d’aller toujours au plus près, avec des résolutions angulaires toujours plus petites, et pour cela, c’est vers des interféromètres toujours plus étendus qu’il faudra se tourner, assurément intercontinentaux.

Le trou noir de M87 observé ici est le plus gros et l’un des plus proches que l’on connaisse. Il semble bien qu’il devienne assez vite un vrai laboratoire de Relativité Générale.


Biblio :

Jet-Launching Structure Resolved Near the Supermassive Black Hole in M87
S. Doeleman et al.
Science 27 septembre 2012

29/05/11

Parmi les chouettes, ép. 4

La lune ayant enfin eu le bon goût de jouer à l'adolescente, c'est à dire se lever taaaaard, et le ciel ayant retrouvé des caractéristiques optimales suite à une semaine caniculaire, turbulence très faible, vent presque nul, transparence merveilleuse (mvlon proche de 6), le temps était revenu de retourner dans notre garrigue préférée hier soir (quelque part entre Mirabeau et Grambois).

Il faisait encore 23° à 22h quand je positionnai mon ami Dobson dans ses supports polystyrènes demi-cylindriques sur la banquette arrière.
Un quart d'heure de route, vitres grandes ouvertes, histoire de mettre en température sans attendre, un quart d'heure d'observation gagné, c'est toujours ça.

Nous commençons notre voyage qui nous mènera du Lion au Scorpion, par une des plus jolies étoiles doubles, celle-ci est situé dans le Lion, vous aurez sans doute reconnu Algieba, qui me montre deux composantes d'un beau jaune l'une comme l'autre. Cette étoile à la particularité d'être le point d'origine (le radiant) d'une pluie de météores, les Léonides... aah, mais c'est pas en ce moment, c'est plutôt en novembre.
Descendons maintenant en traversant le ventre du sphynx. Nous nous allons en direction d'un trio galactique, parfois appelé le "triplet du Lion", comme c'est original. Nous sommes ici en présence de trois belles spirales, qui ne sont séparées que par quelques dixièmes de degrés... M65, M66 (très proches) et NGC 3628 (un peu plus loin et vue par la tranche). Je voulais faire le petit test de savoir si les trois tiendraient dans le champ de mon Nagler 13 (92X). Je confirme donc, la vision de ce trio très agréable à regarder est parfaite, avec les deux Messier en haut et 3628 tout en bas du champ, mais bien dedans. Du coup, ça permet de regarder au centre et d'apprécier ces trois spirales en décalé en même temps. Magnifique.

Nous quittons maintenant le Lion pour se rapprocher de l'horizon Sud et passer du côté de la Vierge. Saturne et en ce moment au plus près de Porrima, et nous allons guetter ce rendez-vous. Au 25 mm c'est déjà beau, au 13 mm c'est encore plus chouette. Cette Porrima un peu bleuté qui semble surveiller ce Saturne doré à quelques encablures à peine... Encore quelques semaines avant une séparation douloureuse (pour nous surtout).



Restons un moment dans la constellation de la Vierge en remontant un peu vers le Nord. L'endroit magique à trouver se situe entre Denebola du Lion et Vindemiatrix de la Vierge. Nous nous y étions déjà perdus lors d'un précédent épisode un peu fameux. Mais cette fois-ci, j'ai un but précis : le monstre M87. M87 est une galaxie elliptique qui est énoooooooorme, et surtout qui renferne en son centre un trou noir encore plus énooooooorme : plus de 6 milliards de masses solaires, imaginez...
Bon, pour arriver à M87, il faut se frayer un chemin entre les galaxies, c'est que c'est touffu par là, dedieu. Ca fourmille de spirales dans tous les sens, d'elliptiques, ça virevolte, ça jongle...

Pour se repérer, il est nécessaire de prendre un point de repère, et notre point de repère, ça sera un petit astérisme de trois étoiles qui se trouve presque exactement à mi-chemin sur le segment Vindemiatrix - Denebola.


Dans le prolongement de ces trois étoiles qui ne sont pas figurées dans le PSA (page 45), on trouve naturellement le couple spiraloïde M84-M86. M87 n'est plus loin, on peut revenir à l’astérisme et suivre l'étoile du centre qui forme le sommet d'un triangle très aplati.

M87 est gros, c'est un monstre, très elliptique, sans aucune structure spiralesque... Je reviens à mon repère triostellaire pour remonter ensuite vers M88 puis je saute vers M91, M90, M89, M58, M59, M60... Au passage, j'attrape au vol plein de petites dont je n'ai pas noté le nom, dans mon champ de vue de Nag13, je vois à un moment donné 6, peut-être 7 galaxies ... Cet amas de la Vierge est vraiment somptueux.

Hop, quittons la Vierge et son amas pour la Chevelure de Bérénice et son oeil noir. L'oeil noir, ce n'est autre que la galaxie du même nom, cataloguée 64 par Messier ou 4826 dans le NGC... Mais avant de monter vers M64, faisons un petit arrêt à côté de alpha Com, l'étoile principale de cette petite constellation. Car tout juste à côté de cette étoile se trouve un amas globulaire du nom de M53. Petit et assez diffus, M53 ne supporte pas la comparaison avec M13 ou M5, comme nous le verrons par la suite. Il faut dire qu'il est bien loin de nous cet amas, dans les 60 000 années lumière, ce qui explique sa taille apparente...

Après une bonne pause café- petits gâteaux pour se réchauffer (oui, ce n'est parce qu'il fait 32° dans la journée que les nuits sont forcément chaudes ici), nous retournons donc une dernière fois dans le monde galactique et le fameux oeil noir. Je dois avouer que j'ai un peu de mal à voir l'oeil en question.Cette galaxie montre des irrégularités, certes, mais de là à affirmer voir un œil, je n'irai pas jusque là.

Allez, on va finir la soirée dans le monde globulaire. C'est écrit sur ma feuille de route. Pour ça, on file en traversant de part en part le gros Bouvier, sans s'y arrêter, direction Hercule, pour y voir le maître globulaire par excellence, bien sûr M13. C'est évident, on ne compare pas M13 avec M53, ce serait indescent pour le cinquante troisième. Mon petit plaisir avec M13, c'est de troquer le Nag13 pour son petit frère Nag3.5. Grossi plus de 300 fois, on plonge littéralement dans une nuée d'étoiles emplissant l'oculaire, on pourrait s'y noyer de bonheur.

Mais il faut refaire surface, nous avons d'autres globulaires au programme, cependant. Nous nous dirigeons vers la constellation de la tête du Serpent, un peu plus bas vers l'horizon. Les oiseaux piaillent au loin, ça dort pas les oiseaux diurnes ?

C'est M5 qui est notre cible dans la tête du serpent. Facile à trouver grâce à mon ami Telrad. Belle composition pour cet amas, qui pourrait bien tenir la comparaison avec M13, vraiment.

On tourne légèrement maintenant en direction d'Ophiuchus, le voyage n'est pas fini, nous avons trois amas globulaires à visiter dans ce serpentaire. Des voisins de catalogue : d'abord M12, puis M10 et enfin M14.  M12 et M10 sont plus modestes que M13 et M5, ils sont très semblables et très proches aussi, je me demandais d'ailleurs si je n'étais pas revenu sur M12 en voyant M10. La fatigue. Ils sont juste très ressemblant. Granuleux comme il faut, de taille réduite mais sympathique.
En revanche, M14... qu'est ce que c'est que cette boule diffuse sans granularité ? Je demande remboursement. Pas beau, M14.

Bien évidemment, il est hors de question de rester sur une impression globulaire médiocre, et ça tombe bien puisque nous avons un dernier amas globulaire au programme, dans une dernière constellation, la septième de la soirée, c'est dans le Scorpion que nous allons, et la recherche de M4 est on ne peut plus facile, à réserver pour les fins de sortie en quelques sortes. Il suffit de pointer la rouge-verte-rouge Antarès et on arrive à notre destination finale. M4 est à quelques encablures de là. Il est assez peu contrasté mais vaut son prix. On découvre de nombreuses étoiles dans un beau piqué, malgré la hauteur assez basse sur l'horizon, qui ne facilite pas les choses.

Arrivé au terme de notre périple, je dois évoquer un phénomène inquiétant. J'ai le plus souvent utilisé mon Nagler 13 mm ce soir, soit un champ de vue de 82° grossi 92 fois, c'est à dire un champ réel de 0.89° sur le ciel.
D'après vous, quelle est la probabilité pour voir passer un satellite artificiel dans ce champ qui représente 0.62 degrés carrés sur un ciel qui fait 25400 degrés carrés (à la louche). Le rapport des surfaces angulaires est égal à 1/41000 environ.... Et bien en une seule soirée de 4 heures, ça m'est arrivé 4 fois ! J'ai été pollué visuellement 4 fois par des objets artificiels dans mon champ!
 Je crois que je commence à mesurer l'ampleur de cette pollution. C'est tout à fait inquiétant. Plus inquiétant est de se rendre compte du nombre de trucs en tous genres qui nous tournent autour à quelques centaines de kilomètres à peine et qui peuvent retomber à peu près n'importe comment et n'importe où, et surtout venir nous polluer nos observations.
En même temps, je ne suis pas le plus à plaindre, je ne fais pas de photo, mais je me mets à la place du photographe qui fait une longue pose et qui retrouve un cliché complètement barré....

Il était 2h15 quand j'ai remballé Dobby, à la fois heureux et inquiet, un bon goût de café en bouche et les yeux un peu globuleux, il faut bien l'avouer...

Dobson Sky Watcher 254 mm F/4.7 TV Nagler 13 mm, TV Nagler 3.5 mm, HR planetary 5 mm, Plössl 10 mm, Plössl 25 mm, Barlow TV x2 filtres Moon et OIII, Guided by Telrad