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Des astronomes capturent des champs magnétiques tournoyant autour d’un trou noir

Publié le

Une nouvelle image de la collaboration Event Horizon Telescope, qui comprend des chercheurs et des télescopes de l’Université d’Arizona, a découvert des champs magnétiques puissants et organisés en spirale depuis le bord du trou noir supermassif Sagittarius A*, ou Sgr A*.

La collaboration Event Horizon Telescope (EHT), qui a présenté en 2022 la première image de Sagittarius A*, le trou noir au centre de notre Voie lactée, a capturé une nouvelle vue de l’objet massif, cette fois en lumière polarisée. Pour la première fois, les astronomes ont pu mesurer la polarisation, une signature des champs magnétiques, aussi près du bord du trou noir. Les lignes marquent l’orientation de la polarisation, qui est liée au champ magnétique autour de l’ombre du trou noir. Crédit image : Collaboration EHT

Observée pour la première fois en lumière polarisée, cette nouvelle vue du monstre tapi au centre de notre galaxie, la Voie Lactée, a révélé une structure de champ magnétique étonnamment similaire à celle d’un trou noir beaucoup plus massif, connu sous le nom de M87*, au centre. de la galaxie M87, ce qui suggère que de puissants champs magnétiques pourraient être communs à tous les trous noirs. Cette similitude fait également allusion à un jet caché dans Sgr A*. Les résultats ont été publiés le 27 mars dans la revue The Astrophysical Journal Letters.

Les scientifiques ont dévoilé la première image de Sgr A*, située à environ 27 000 années-lumière de la Terre, en 2022, révélant que même si le trou noir supermassif de la Voie lactée est plus de mille fois plus petit et moins massif que celui de M87, il semble remarquablement similaire. Cela a amené les scientifiques à se demander si les deux partageaient des traits communs en dehors de leur apparence. Pour le savoir, l’équipe a décidé d’étudier Sgr A* en lumière polarisée. Études antérieures sur la lumière autour de M87* a révélé que le champs magnétiques autour du géant du trou noir lui a permis de lancer de puissants jets de matière dans l’environnement. S’appuyant sur ces travaux, les nouvelles images ont révélé que la même chose pourrait être vraie pour Sgr A*.

Boris Georgievchercheur postdoctoral à l’EHT à l’UArizona Observatoire des intendants et co-auteur de l’étude, a déclaré : « La cohérence des structures de champ magnétique autour de Sgr A* et M87* suggère que les processus par lesquels les trous noirs alimentent et éjectent des jets dans leur environnement peuvent être universels, malgré leurs grandes différences de taille et masse. »

« Ce que nous constatons maintenant, c’est qu’il existe des champs magnétiques puissants, tordus et organisés près du trou noir au centre de la Voie lactée », a déclaré Sara Issaoun, boursière Einstein du programme de bourse Hubble de la NASA au Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian et co-responsable du projet. « En plus du fait que Sgr A* ait une structure de polarisation étonnamment similaire à celle observée dans le trou noir M87*, beaucoup plus grand et plus puissant, nous avons appris que des champs magnétiques forts et ordonnés sont essentiels à la façon dont les trous noirs interagissent avec le gaz et la matière qui les entourent. eux. »

La lumière est une oscillation mobile de champs électriques et magnétiques qui nous permet de voir des objets. Parfois, la lumière oscille dans une direction préférée

orientation, également appelée polarisée. Bien que la lumière polarisée nous entoure, aux yeux humains, elle est impossible à distinguer de la lumière « normale » ou non polarisée. Dans le plasma autour de ces trous noirs, les particules tourbillonnant autour des lignes de champ magnétique confèrent un motif de polarisation perpendiculaire au champ. Cela permet aux astronomes de voir avec des détails de plus en plus vifs ce qui se passe dans les régions des trous noirs et de cartographier leurs lignes de champ magnétique.

« En imaginant la lumière polarisée d’un gaz chaud et incandescent à proximité des trous noirs, nous déduisons directement la structure et la force des champs magnétiques qui guident le flux de gaz et de matière dont le trou noir se nourrit et éjecte », a déclaré Angelo Ricarte, Harvard Black Hole. Initiative Fellow et co-responsable du projet. « La lumière polarisée nous en apprend beaucoup plus sur l’astrophysique, les propriétés du gaz et les mécanismes qui se produisent lorsqu’un trou noir se nourrit. »

Mais imager des trous noirs dans une lumière polarisée n’est pas aussi simple que de mettre une paire de lunettes de soleil polarisées, et cela est particulièrement vrai pour Sgr A*, qui change si vite qu’il ne reste pas immobile pour les photos. L’imagerie du trou noir supermassif nécessite des outils sophistiqués, au-delà de ceux précédemment utilisés pour capturer M87*, une cible beaucoup plus stable. Dan Marroneco-chercheur principal de l’EHT et co-auteur de l’article, professeur d’astronomie à l’Observatoire Steward, et son équipe ont développé des instruments qui ont détecté les ondes radio polarisées pour ce résultat.

« De la même manière que la lumière polarisée peut nous indiquer l’orientation de la surface sur laquelle elle rebondit, comme les fenêtres ou les routes, elle peut également nous montrer l’orientation des champs magnétiques autour des trous noirs », a déclaré Marrone. « Étant donné que les champs magnétiques changent rapidement autour de Sgr A*, transformer les observations EHT en images polarisées représentait un défi de taille. Nous sommes vraiment fiers que nos données contiennent suffisamment d’informations.

Les scientifiques se disent ravis d’avoir des images des deux trous noirs supermassifs en lumière polarisée, car ces images, et les données qui les accompagnent, offrent de nouvelles façons de comparer et de contraster les trous noirs de différentes tailles et environnements. À mesure que la technologie s’améliore, les images révéleront probablement encore plus de secrets sur les trous noirs et leurs similitudes ou différences.

« Ces résultats nous aident à améliorer nos modèles et théories informatiques et nous donnent une meilleure idée de ce qui se passe à proximité de l’horizon des événements d’un trou noir », a ajouté le co-auteur. Chi-kwan Chanprofesseur d’astronomie à l’UArizona qui se concentre sur la modélisation théorique des trous noirs.

L’EHT a réalisé plusieurs observations depuis 2017. Chaque année, les images s’améliorent à mesure que l’EHT intègre de nouveaux télescopes, une plus grande bande passante et de nouvelles fréquences d’observation.

« Nous développons du matériel et des logiciels pour automatiser les observations de l’EHT, permettant ainsi à l’EHT de faire des observations plus fréquentes à l’avenir afin de capturer des films de trous noirs », a déclaré Amy Löwitzune recherche de l’EHT scientifique au Steward Observatory qui dirige le projet EHT Agility.

De telles observations, étalées sur plusieurs mois, constituent l’un des principaux objectifs de l’EHT pour les années à venir, selon Remo Tilanusprofesseur à l’UArizona et responsable des opérations de l’EHT qui supervise les campagnes d’observation et les développements techniques.

« Grâce aux capacités du projet Agility, nous devrions être en mesure de voir des matériaux tourbillonner autour du M87* et être éjectés dans ses jets », a déclaré Tilanus.

Les extensions prévues pour la prochaine décennie permettront également de réaliser des films haute fidélité, pourraient révéler un jet caché dans Sgr A* et permettront aux astronomes d’observer des caractéristiques de polarisation similaires dans d’autres trous noirs. Il est même prévu d’étendre l’EHT dans l’espace, fournissant des images beaucoup plus nettes des trous noirs et permettant des études beaucoup plus puissantes sur la rotation des trous noirs et les mécanismes qui alimentent les jets de trous noirs.

L’EHT devrait observer à nouveau Sgr A* en avril, ce qui occupera l’équipe de l’EHT UArizona. Avec Lowitz et Georgiev, chercheur postdoctoral Andrew Thomas Ouest et étudiant diplômé Jasmin Washington préparent actuellement le télescope submillimétrique sur le mont Graham et le radiotélescope de 12 mètres de l’Arizona Radio Observatory sur Kitt Peak pour l’observation à venir.

Washington, qui a participé à la campagne d’observation de 2021 en tant qu’étudiante diplômée de première année, a déclaré qu’elle avait apprécié l’expérience et qu’elle était ravie de pouvoir revenir cette année.

« Nous observerons avec plus de télescopes que jamais auparavant, ce qui nous offrira une meilleure couverture et plus de sensibilité pour effectuer ces mesures polarisées », a-t-elle déclaré.

West a ajouté : « Mesurer avec une très haute fidélité l’évolution de ces sources depuis leur dernière observation éclairera nos modèles et nous permettra de répondre à des questions fondamentales sur la physique dans ces environnements extrêmes – c’est très excitant ! »

Publié à l’origine dans The European Times.

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