À défaut de pouvoir observer l’Univers comme ils le souhaitent, les scientifiques ont recours à des astuces. L'équipe GRAVITY explique ainsi comment elle a « obtenu les images les plus détaillées et les plus nettes à ce jour de la région entourant le trou noir supermassif au centre de notre galaxie ».
Sagittarius A* est bien connu des astronomes amateurs : il s’agit d’un trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée (notre galaxie), dans laquelle se trouve donc le système Solaire et la Terre. Il pèse la bagatelle de plus de 4 millions de fois la masse de notre Soleil et se trouve à environ 26 000 années-lumière.
Pour rappel, il s'agit d'un objet tellement massif qu’il ne laisse s’échapper aucune matière ni lumière, pas le moindre photon. « Bien que peu actif ce trou noir et son environnement font l’objet d’observations à toutes longueurs d’onde depuis sa découverte en 1974 car, grâce à sa proximité et sa taille, il permet l’exploration des phénomènes étranges qui se déroulent autour de ces objets mystérieux, prévus par la théorie de la relativité générale », rappelle l’Université de Paris. Les trous noirs sont aussi au cœur des premières détections d’ondes gravitationnelles.
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Plongeon au centre galactique
Le Very Large Telescope en mode interféromètre (nous allons y revenir) de l'Observatoire Européen Austral (VLTI de l'ESO) « a obtenu les images les plus détaillées et les plus nettes à ce jour de la région entourant le trou noir supermassif […] Les nouvelles images permettent de zoomer 20 fois plus que ce qui était possible avant ».
Au-delà de la beauté du geste, cette avancée à des conséquences tangibles sur notre connaissance de l’Univers. En effet, ces images ont « aidé les astronomes à trouver une étoile jamais observée auparavant à proximité du trou noir. En suivant les orbites des étoiles au centre de notre Voie lactée, l'équipe a réalisé la mesure la plus précise à ce jour de la masse du trou noir ». Deux articles ont été publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics (ici et là).
Nous devons ces travaux à l’équipe GRAVITY, placée sous la houlette de l’Allemand Reinhard Genzel, lauréat du Nobel de physique en 2020 pour la découverte « d'un objet compact supermassif au centre de notre galaxie », qui n’est autre que le fameux Sagittarius A*.
GRAVITY s’était déjà illustrée il y a quelques années en confirmant « des prédictions de la relativité générale aux abords du trou noir supermassif au centre de la Galaxie »… théorie qui ne cesse d’être validée au fil du temps malgré les « attaques » des scientifiques pour essayer de trouver des failles et y glisser d’autres théories.
L’interférométrie à la rescousse…
Les observations ont été réalisées entre mars et juillet 2021. Les chercheurs ont alors effectué des mesures précises des étoiles lorsqu'elles s'approchaient du trou noir. GRAVITY combine en fait la lumière de quatre télescopes de 8,2 mètres provenant des installations du VLT, puis utilise une technique appelée interférométrie.
Cette dernière est « complexe », mais permet d’obtenir « une image d’une finesse équivalente à celle d’un télescope beaucoup plus grand », rappelle l’Observatoire de Paris. Il n’y a pas de secret : plus le diamètre est important, meilleure est la résolution de l’image. En combinant les télescopes du VLT, on peut ainsi obtenir l’équivalent d’un miroir de… 134 mètres ! On parle alors de « VLTI », pour VLT Interferometer.
GRAVITY comprend tout un ensemble de sous-systèmes : « optique adaptative ; un suiveur de franges ; spectromètre ; métrologie pour l’astrométrie de précision ». Pour les détails du fonctionnement de cet instrument complexe, c’est par là que ça se passe.
Cette technique porte ses fruits : « au final, on obtient des images 20 fois plus nettes que celles provenant des télescopes du VLT individuellement, révélant ainsi les secrets du centre galactique », explique Frank Eisenhauer du MPE (Institut Max Planck de physique extraterrestre) et chercheur principal de GRAVITY.
… et aussi l’apprentissage automatique
Afin d’obtenir ces nouvelles images, les astronomes ont utilisé de l'apprentissage automatique : la théorie des champs d'information. « Ils ont créé un modèle de l'apparence des sources réelles, simulé la façon dont GRAVITY les verrait et comparé cette simulation aux observations de GRAVITY ». Pour simplifier, ils créent des modèles puis vérifient qu’ils correspondent à la réalité des mesures afin de les valider ; une manière de faire courante en science.
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L’ESO ajoute que l'équipe GRAVITY a également utilisé les données de NACO et SINFONI, deux anciens instruments du VLT, ainsi que des mesures de l'observatoire Keck et de l'observatoire Gemini du NOIRLab aux États-Unis.
Quels résultats au final ?
Le résultat est probant : « Cela leur a permis de trouver et de suivre les étoiles autour de Sagittarius A* avec une profondeur et une précision inégalées ». Un des résultats concerne l'étoile S29, qui avait déjà été détectée par GRAVITY auparavant. Elle détient désormais « le record de l'étoile qui s'est approchée le plus près du trou noir à la fin du mois de mai 2021. Elle est passée à une distance de seulement 13 milliards de kilomètres du trou noir, soit environ 90 fois la distance Soleil-Terre ».
Sa vitesse « stupéfiante » était alors de 8 740 km/s, soit plus de 31 millions de kilomètres par heure. « Aucune autre étoile n'a jamais été observée en train de passer aussi près du trou noir ou de le contourner aussi rapidement ». De quoi faire passer la sonde Parker Solar Probe pour un escargot, alors qu’elle se déplace à plus de 585 000 km/h.
Autre découverte notable : une nouvelle étoile, baptisée « S300, qui n'avait jamais été repérée auparavant ». Pour l’Observatoire cela « montre à quel point cette méthode est puissante lorsqu'il s'agit de repérer des objets très peu lumineux à proximité de Sagittarius A* ».
GRAVITY+ en embuscade
Dans le courant de la décennie, GRAVITY sera mis à jour pour devenir GRAVITY+. Il sera « également installé sur le VLTI de l'ESO et poussera encore plus loin la sensibilité pour révéler des étoiles moins lumineuses encore plus proches du trou noir ». L'équipe espère alors trouver des étoiles si proches du trou noir que « leurs orbites ressentiront les effets gravitationnels causés par la rotation » de Sagittarius A*.
Bien évidemment, les chercheurs attendant aussi des améliorations avec l’Extremely Large Telescope (ELT) qui est en cours de construction dans le désert chilien d'Atacama. La promesse est toujours la même : améliorer la précision des mesures : « Grâce à la puissance combinée de GRAVITY+ et de l'ELT, nous serons en mesure de déterminer à quelle vitesse le trou noir tourne […] Personne n'a été en mesure de le faire jusqu'à présent ». Mais bon, on a encore le temps de voir venir puisque l’ELT est attendu pour la fin de cette décennie.
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Commentaires (34)
#1
Vu que le référentiel n’est pas le même, la comparaison des vitesses n’a pas de sens.
#2
Qu’est-ce qui tourne dans un trou noir, la matière au centre ?
En quoi ça affecterait les étoiles voisines ?
#2.1
Si l’étoile qui s’est effondrée était en rotation alors le trou noir l’est aussi (conservation du mouvement).
Et du coup du fait de cette rotation il entraine avec lui une déformation de l’espace temps qui finit par boucler en anneau et donc va agir sur la trajectoire des objets autour.
#2.2
Ok pour l’origine, donc c’est la matière du trou noir qui est en mouvement (quoi d’autre me dire-vous, mais bon
).
Cette déformation de l’espace temps, c’est la même choses que les ondes gravitationnelles ?
Dans ce cas, ça veux dire que la matière n’est pas répartie de manière homogène autour de son axe de rotation, sinon, je vous pas pourquoi la rotation aurait un effet gravitationnel…
On peut donc « sortir » des informations sur l’intérieur du trou noir ?
(On pouvait déjà avoir sa masse, donc pourquoi pas).
#2.3
On peut effectivement considérer que c’est la singularité (le point dans lequel toute la matière du trou noir se concentre) qui tourne sur elle même.
Pour ce qui est des ondes gravitationnelles ce n’est pas la même chose que la courbure que j’évoque :
Pour ce qui est de “sortir” des informations du trou noir, ça n’est pas si évident. un trou noir n’a que 3 caractéristiques :
Or pour la masse on la détermine justement par le parcours des objets qui l’orbitent, ces orbites ne dépendant que de la masse de l’objet orbité.
Si tu veux en savoir plus sur ce point tu peux regarder du côté du Théorème de calvitie
#3
C’est magnifique, encore tellement d’interrogations mais une recherche qui ne cesse de s’accélérer depuis plus d’une décennie. S. Gauvois, une invitation pour le prochain festival de Fleurance en aout prochain, soit pour intervenir ou y assister, serait de bonne augure..
#4
Merci : je me faisais les mêmes remarques.
Les 8 740 (km/s) moi aussi me donnent l’année (24h*365jours)… il ne manquera plus que le sinus et on pourra conclure qu’il fallait bien sagittaire avant de s’en servir… on est pourtant en Décembre…
#5
Alors déjà on dit un trou de couleur.
Après, son secret c’est qu’il tourne, c’est ça ?
Un trou qui tourne, franchement… pcINpact n’est plus ce qu’il était.
Troudhuk, un commentaire?
#6
Vulgarisation ? Bien sûr qu’une vitesse n’a de sens que si le référentiel est le même. Mais pour illustrer le propos, on va pas ajouter les corrections et les changements de référentiels.
En général, le commun des mortels comprend une vitesse par rapport à l’espace environnant. A 13 milliards de kilomètres du trou noir, les effets relativistes sont mesurés je pense, ça marche encore. Au plus près du trou noir, ça devient compliqué.
Je laisse au physiciens le soin de rendre ça compliqué.
#7
Dans d’autres référentiels particuliers on parlerait même de saveurs et de top bottom.
Si déjà il passe le sel ce sera pas mal…
#8
Les équations sont presque aussi limpides que : zéro^1 = zéro^3
L’ennui vient de la définition : où donc le “temps” s’annule avec “l’espace”.
De là à conclure qu’entre :
et l’idée que le big bang multicolore c’était il y a 13,6Mrd d’années… on conclute en toute logique que le décalage vers le poivre vaut invariance du tipee de Hugues.
#9
Merci pour cet article… Et vous n’imaginez même pas la complexité de l’instrument.
Sinon Gravity+ n’est pas en soit un upgarde même de Gravity mais un upgarde de l’infrastructure même du VLTI pour Gravity.
On parle de plusieurs millions d’euros. Optique adaptative extrême sur les 4 télescopes, étoiles lasers, amélioration de la métrologie, bref beaucoup de choses. Les laboratoires d’astrophysique de Grenoble et Nice font parti prenante du projet pour la France, avec le LESIA aussi.
#10
Je rajouterais que pour avoir de l’information, il faut de la “lumière” (à toute longueur d’onde) et cette lumière doit parvenir jusqu’aux instruments de mesure.
Donc il est en gros impossible d’avoir une image directe d’un trou noir, car il est tellement massif que même la lumière ne peut pas sortir, à cause de sa gravité.
D’où les mesures indirectes via les étoiles en rotation autour.
Le mieux qu’on puisse faire, c’est une observation de l’horizon du trou noir (Event Horizon Telescope (EHT)).
#10.1
Attention, l’EHT est en radio. En interférométrie deux paramètres rentre en compte pour le pouvoir de résolution: La longueur de la ligne de base (séparation entre les antennes ou télescopes) et la longueur d’onde d’observation. Pour une même ligne de base la résolution angulaire sera meilleur dans le visible que dans le domaine radio.
Ainsi l’EHT a fait une image formidable d’un monstrueux trou noire dans une autre galaxie mais est bine à la peine de faire la même chose pour notre trou noire car il est plus petit bien que plus proche.
rayon de Schwarzschild de SagA * : 10 microarc second
résolution actuelle de l’EHT: 60 microarc second
source: https://eventhorizontelescope.org/technology
#11
Belles images. Tout ce que j’y vois, c’est une étoile ayant subi l’accélération d’un objet massique dans un passé lointain. Le reste n’est que suppositions.
#12
Supposer aller en dessous de 60 suppose-t-il nécessairement l’existence d’une matière noire exploitable ? Ou bien qu’en modifiant la masse du trou noir il est possible de modifier l’écoulement du temps sur terre ?
#13
Merci pour ces précisions ; et en effet, impressionnant la description (dans le lien donné dans l’article) de l’instrument et de Gravity.
Et merci à NXI pour l’article.
#14
Décidément faut arrêter de fumer des trucs avant de commenter
#14.1
C’est pas moi qui fume, c’est Prout, il faut des métaphores précises… !
Je suis surpris que personne n’ait encore naïvement trouvé ce magnifique travail d’astrophysique le plus bel exemple de l’atome de Rutherford.
#15
Il me semble qu’une étoile (ou même une planète) n’est pas chargée électriquement.
Comment un trou noir peut-être être chargé électriquement ? (par quel mécanisme) Et pourrait-on mesurer le niveau de sa charge ?
#15.1
on est dans la théorie brute et je ne maitrise pas suffisamment le sujet pour répondre de manière péremptoire à cette question
Un trou noir peut être chargé si il “avale” des particules chargées, je ne sais pas si on peut détecter une éventuelle charge à distance pour le coup.
Après hors de la théorie on ne s’attend pas à en trouver dans la nature, car comme tu le soulignes globalement l’espace est électriquement neutre donc si un trou est chargé positivement pendant un instant on peut présumer qu’il va assez vite absorber des charges négatives et être neutre rapidement.
#15.2
#16
et pourtant la charge électrique d’un trou noir est bien une des trois caractéristiques. C’est même clairement précisé sur la page wikipedia :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Trou_noir#Propri%C3%A9t%C3%A9s
#17
En restant dans le référentiel du trou on peut débattre pour savoir s’il est poilu ou non
#17.1
Warning : le CSA va remuer son gros sourcil.
Sous cet angle ça en bouche un coin.
#18
Sa charge vient de sa rotation.
Quant à la valeur de cette dernière:
This was generalized by John Bally and “Ted” Harrison (Bally & Harrison, 1978) at the end of 1970s, who derived that any macroscopic body in the Uni- verse – stars, galaxies, and therefore also black holes – are positively charged with the charge-to-mass ratio of approximately 100 Coulombs per Solar mass.
#19
Alors non, un trou noir absorbe en fait très peu de masse durant sa vie.
La plupart subissent une période de forte activité au début, mais au fur et à mesure qu’ils nettoient leur orbite, la quantité de matière assimilée est quasi nulle.
De plus la charge globale d’une étoile est neutre, donc un trou noir ne peut que conserver sa charge.
Enfin, une quantité non négligeable de matière reste dans le disque d’accrétion, autour du trou noir, ou se retrouve éjectée de l’orbite en suivant ses pôles.
La seule façon pour un trou noir de perdre de la masse c’est pas l’évaporation théorisée par Hawking, qui se base sur la capture par le trou noir de l’une des particules virtuelles qui sont naturellement générées par paires de charge opposées.
Donc pour voir disparaître un trou noir, il va falloir attendre un bout de temps à coup de particules tellement peu tangibles et éphémères, nécessitant des conditions de proximité à priori complexe (elles doivent se créer à proximité de l’horizon des évènements).
#19.1
Je crains de m’être mal exprimé, je ne parle à aucun moment de la disparition d’un trou noir désolé si j’ai donné cette impression.
Je suis en revanche sceptique sur le fait que la charge viennent de la rotation, si l’un peut être déduit de l’autre alors un trou noir n’aurait plus 3 mais seulement 2 caractéristiques : sa masse et sa rotation.
De plus je précise que au delà de la théorie un trou noir en rotation avec une charge est quelque chose que l’on ne s’attend pas à trouver car si toutefois ils existent ça ne serait que (très) brièvement car l’environnement autour d’eux étant neutre (ainsi que l’étoile dont il est issu comme tu le soulignes) si il était chargé il redeviendrait électriquement neutre assez vite.
Ca vient de wikipedia mais ça illustre ce que je veux dire :
“Bien que la métrique de Kerr-Newmann représente une généralisation de la métrique de Kerr, elle n’est pas considérée comme très importante en astrophysique puisque des trous noirs « réalistes » n’auraient généralement pas une charge électrique importante.”
Après je ne suis pas un spécialiste suffisamment profond du domaine et je peux effectivement avoir des lacunes dans le sujet et avoir dit de grosses bétises, auquel cas je vous prie tous de m’en excuser
#19.2
Une charge de 100 coulombs c’est quasiment nul, mais il est de plus plus clair depuis l’avènement de la mécanique quantique que tout paramètre a son importance, aussi faible soit-il.
Tu oublies un paramètre important, hormis sa masse et sa rotation: la surface du trou noir.
C’est supposément là qu’est préservée l’information (toujours selon Hawking).
Et tous les trous ne se ressemblent pas :)
https://en.wikipedia.org/wiki/Charged_black_hole
Pour ce qui est de la dispersion de la charge, non le trou noir ne peut pas l’évacuer rapidement, justement car c’est un trou noir.
Ce qu’Hawking a démontré c’est que le trou noir “s’évapore”, mais sur des échelles extrêmement longues (100 aines de milliards d’années).
#20
Le CSA va faire ses recherches surtout
https://physicsworld.com/a/stephen-hawkings-final-paper-on-hairy-black-holes-hits-the-headlines/
Ceci dit, se faire ban par le CSA pour avoir parlé de trou noirs poilus ce serait un achievement ^^
#21
Marrant ça, la rotation le charge comme quand on utilise une machine de Wimshurst ? ;-)
En tous cas la charge paraît bien faible par rapport à la masse, si je ne dis pas de bêtise.
Cela dit, dans ta réponse ultérieure à TabDambrine, tu écris “De plus la charge globale d’une étoile est neutre”, donc je ne sais pas quelle est la conclusion.
#21.1
Sympa cette machine de Wimshurst ^^
Alors je ne suis pas spécialiste, juste amateur :p
La charge globale d’une étoile est considérée comme nulle ou légèrement positive, en fonction de sa composition, sa masse et sa rotation.
100 Coulomb par masse solaire c’est en fait faible.
Un éclair sur Terre c’est en gros 15 à 300+ Coulombs, pour donner une idée.
De plus, la valeur de 100C par masse solaire est une moyenne un peu datée.
On sait aujourd’hui (sans avoir encore trouvé de théorie) que la taille des trous noir varie considérablement, mais également qu’il y a un vide entre les trous noirs stellaires et les trou noirs supermassifs, donc la moyenne n’est rien d’autre qu’une moyenne, prenant en compte un trou noir de quelques masses solaires à plusieurs millions de masses solaires.
De plus, la charge va varier en fonction de ce que le trou noir absorbe, à quelle vitesse…
Bien entendu sa rotation va aussi influencer cette valeur.
Pour rappel, l’univers est considéré comme portant une charge nulle ^^
#22
La coupe est pleine.
#23
C’est plutôt qu’il est possible de convertir la masse en énergie. Donc la charge peut venir de la masse et Penrose a pondu une solution classique.
)
(plus dangereuse que la roue à aube, quoi que…