La toute première image d’un trou noir est publiée aujourd’hui. Cette réalisation monumentale a été rendue possible, en partie, grâce au leadership clé et au financement du Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).
Le télescope Event Horizon, ou EHT, est un ensemble mondial de radiotélescopes impliquant des dizaines d’institutions et des centaines de scientifiques. La découverte décisive par l’EHT est une image du trou noir supermassif de Messier 87 (M87) au centre de l’amas de galaxies de la Vierge, à 55 millions d’années-lumière. Ce trou noir contient 6,5 milliards de fois la masse du soleil terrestre.
Six articles sont publiés aujourd’hui dans la revue Astrophysical Journal Letters pour décrire ce résultat révolutionnaire.
Situé à Cambridge, Massachusetts, le CfA (anciennement Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) est une collaboration entre le Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) et le Harvard College Observatory.
« Cela réalise notre rêve de prendre la première photo d’un trou noir », a déclaré Sheperd (Shep) S. Doeleman, directeur de l’EHT au CfA. « Nous avons maintenant accès à un laboratoire cosmique d’une gravité extrême où nous pouvons tester la théorie de la relativité générale d’Einstein et remettre en question nos hypothèses fondamentales sur l’espace et le temps. »
Les trous noirs sont des objets cosmiques extrêmement comprimés contenant des quantités extraordinaires de masse dans une région minuscule. Cette masse est enveloppée par un horizon d’événements, c’est—à—dire la limite au-delà de laquelle rien – pas même la lumière – ne peut échapper à la puissante attraction gravitationnelle du trou noir.
La présence de ces objets affecte leur environnement de manière extrême, notamment en déformant l’espace-temps et en chauffant les matériaux environnants à des centaines de milliards de degrés. La relativité générale prédit qu’un trou noir jettera une ombre circulaire sur ce matériau brillant et brillant. L’image nouvellement publiée de M87 de l’EHT révèle cette ombre.
« Pendant des décennies, nous avons étudié comment les trous noirs avalent la matière et alimentent le cœur des galaxies », a déclaré Ramesh Narayan, professeur à l’Université Harvard et chef de file des travaux théoriques sur l’T. « Voir enfin un trou noir en action, en pliant sa lumière voisine en un anneau brillant, est une confirmation à couper le souffle que des trous noirs supermassifs existent et correspondent à l’apparence attendue de nos simulations. »
Alors que les astronomes étudient les trous noirs depuis de nombreuses années, la réalisation d’une image nécessite un nouveau télescope d’une résolution sans précédent pour pouvoir détecter les détails fins. Pour créer cela, l’EHT combine les signaux d’un réseau de huit télescopes existants dans le monde entier, y compris le réseau Submillimétrique (SMA), situé à Maunakea à Hawaï. Comme l’explique Jonathan Weintroub, ingénieur CfA, « La résolution de l’EHT dépend de la séparation entre les télescopes, appelée ligne de base, ainsi que des courtes longueurs d’onde radio millimétriques observées. La résolution la plus fine de l’EHT provient de la ligne de base la plus longue, qui pour M87 s’étend d’Hawaï à l’Espagne. »Weintroub, qui co-coordonne le Groupe de développement d’instruments de l’EHT, a ajouté: « Pour optimiser la sensibilité à la longue ligne de base, ce qui rend les détections possibles, nous avons développé un système spécialisé qui additionne les signaux de toutes les boîtes SMA disponibles sur Maunakea. Dans ce mode, le SMA agit comme une station EHT unique. »
Après avoir enregistré séparément les signaux des huit télescopes, les données sont envoyées en un seul endroit pour être combinées par calcul dans ce qui serait mesuré par un télescope de la taille de la Terre. « L’EHT enregistre des millions de gigaoctets de données provenant de nombreux télescopes qui n’étaient pas conçus à l’origine pour fonctionner ensemble », a déclaré Lindy Blackburn, qui a dirigé l’équipe EHT pour le traitement et l’étalonnage des données. « Nous avons développé de multiples voies pour traiter et calibrer les données, en utilisant de nouveaux algorithmes pour stabiliser l’atmosphère terrestre par calcul et aligner précisément les signaux de tous les sites en quelques trillionièmes de seconde. »
Transformer les données de l’T en image nécessitait de développer de nouvelles méthodes et procédures. « Nous n’étions prêts à publier nos images qu’après avoir essayé de les casser de toutes les manières possibles », a déclaré Andrew Chael, étudiant diplômé de Harvard au CfA, qui a développé une nouvelle bibliothèque logicielle d’imagerie pour l’T. « Pour confirmer nos résultats, nous avons comparé des images parmi quatre groupes de scientifiques indépendants en utilisant trois méthodes d’imagerie différentes. »Ces tests ont été conçus et dirigés par Katie Bouman, une post-doctorante CfA qui a obtenu son doctorat en génie électrique et informatique. Bouman a déclaré: « Nous sommes un melting-pot d’astronomes, de physiciens, de mathématiciens et d’ingénieurs, et c’est ce qu’il a fallu pour réaliser quelque chose qu’on pensait autrefois impossible. »
Michael Johnson, un astrophysicien CfA qui dirige les efforts locaux de science et d’imagerie de l’T, est excité pour l’avenir. « Notre image révèle que cet énorme trou noir – assez grand pour engloutir le système solaire — ancre un jet qui s’étend sur des dizaines de milliers d’années-lumière. L’expansion de l’EHT peut permettre des films qui révèlent la dynamique de ce système vivant, montrant comment le jet puise son énergie dans le trou noir. »
En plus de ceux énumérés ci-dessus, beaucoup d’autres membres de la FCA ont contribué d’innombrables et inestimables façons. Les scientifiques et ingénieurs CfA suivants sont co-auteurs des six articles: Mislav Baloković, Lindy Blackburn, Katie Bouman, Roger Brissenden, Andrew Chael, Shep Doeleman, Joseph Farah, Mark Gurwell, David James, Michael Johnson, Garrett Keating, Jim Moran, Ramesh Narayan, Daniel Palumbo, Nimesh Patel, Dominic Pesce, Alexander W. Raymond, Jonathan Weintroub, Maciek Wielgus et Ken Young.
Pour une liste des biographies des scientifiques CfA travaillant sur l’T, visitez https://www.cfa.harvard.edu/news/fe2019-01.
L’T et bon nombre de ses scientifiques clés sont financés par un mélange de publics (p. ex., contribuables) des sources telles que la National Science Foundation (NSF) et le Smithsonian ainsi que la générosité d’entités privées, notamment la Fondation Templeton et la Fondation Gordon et Betty Moore (GBMF). La NSF a financé l’avancement régulier de l’EHT pendant plus d’une décennie, et le Smithsonian, administré par SAO, a fourni un financement pendant sept ans. Doeleman bénéficie de subventions de la NSF, de la GBMF et de la Fondation John Templeton. Le GBMF a financé des développements techniques clés à partir de 2012 et a été à la base de la construction du groupe SAO.
SAO est l’un des 13 instituts des parties prenantes du Conseil d’administration de l’EHT, et le CFA héberge le Centre des opérations Array pour les observations de l’EHT. Le SMA est un projet conjoint entre le Smithsonian et l’Institut d’Astronomie et d’Astrophysique Academia Sinica (ASIAA) à Taiwan. Le Télescope du Groenland, financé par l’ASIAA et le SAO, a rejoint l’T pour sa deuxième mission d’observation en avril 2018.
Pour plus d’informations sur l’T et ce résultat révolutionnaire, visitez le site eventhorizontelescope.org et suivez @ehtelescope sur les réseaux sociaux. Le site web du CfA, qui est organisé en six divisions de recherche pour étudier l’origine, l’évolution et le destin ultime de l’univers, est cfa.harvard.edu .
Les six articles rapportant ces résultats dans the Astrophysical Journal Letters sont:
Article I: L’Ombre du Trou Noir Supermassif
Article II: Tableau et Instrumentation
Article III: Traitement et étalonnage des données
Article IV: Imagerie du Trou Noir Supermassif Central
Article V : Origine physique de l’Anneau asymétrique
Article VI: L’Ombre et la Masse du Trou Noir Central
