Le télescope le plus puissant sur Terre capture des images de trous noirs avec des détails sans précédent

Le télescope Event Horizon a pu réaliser des observations à haute résolution sans précédent depuis la Terre en utilisant la fréquence de 345 GHz, fournissant ainsi des images plus détaillées et plus colorées des trous noirs.

Cette avancée en astrophysique exploite de très longues interférences fondamentales pour connecter plusieurs antennes paraboliques à l’échelle mondiale, améliorant ainsi notre compréhension des phénomènes entourant les trous noirs et ouvrant la voie à de futures visualisations à haute résolution et à une potentielle imagerie en temps réel de ces entités cosmiques.

Une percée dans l’imagerie des trous noirs

Le projet Event Horizon Telescope (EHT) a réussi à réaliser des observations tests qui ont atteint la plus haute résolution jamais obtenue depuis la surface de la Terre, en détectant la lumière provenant des centres de galaxies lointaines avec une fréquence d’environ 345 gigahertz.

Combinés aux images existantes des trous noirs massifs au cœur de M87 et de Sgr A à basse fréquence de 230 GHz, ces nouveaux résultats nous laissent plus qu’une simple étude de ce phénomène. Trou noir Les images sont 50 % plus nettes mais produisent également des vues multicolores de la zone située juste à l’extérieur des frontières de ces monstres cosmiques.

Améliorations de la radioastronomie

Les nouvelles découvertes menées par les scientifiques du Centre d’Astrophysique | Harvard et Smithsonian (CFA) qui comprend le Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO), publié aujourd’hui dans Revue astronomique.

« En utilisant le télescope Event Horizon, nous avons vu les premières images de trous noirs en détectant des ondes radio à 230 GHz », a déclaré le co-auteur Alexander Raymond, chercheur postdoctoral au Harvard Fine Arts Center et qui travaille maintenant au Harvard Fine Arts. « Mais l’anneau brillant que nous avons vu, formé par la courbure de la lumière dans la gravité du trou noir, semblait toujours flou parce que nous étions à la limite absolue de la netteté des images que nous pouvions prendre. » NASALaboratoire de propulsion à réaction de la NASALaboratoire de propulsion à réaction« À 345 GHz, nos images seront plus nettes et plus détaillées, ce qui révélera de nouvelles propriétés, à la fois celles qui étaient prédites auparavant et peut-être certaines qui ne l’étaient pas. »

Un télescope virtuel de la taille de la Terre : libérer la puissance de l’EHT

L’EHT crée un télescope virtuel de la taille de la Terre en reliant plusieurs antennes paraboliques à travers le monde, en utilisant une technique appelée interférométrie à très longue base (VLBI). Pour obtenir des images à plus haute résolution, les astronomes ont deux options : augmenter la distance entre les antennes paraboliques ou observer à une fréquence plus élevée. Étant donné que l’EHT avait déjà la taille de notre planète, augmenter la résolution des observations au sol nécessitait d’élargir sa gamme de fréquences, et c’est ce que la collaboration EHT a désormais fait.

« Pour comprendre pourquoi il s’agit d’une avancée majeure, pensez à l’énorme explosion de détails supplémentaires que vous obtenez lorsque vous passez des images en noir et blanc aux images en couleur », a déclaré le co-auteur de la recherche Shepard « Shep » Doleman, astrophysicien à l’Université de Californie. Cambridge Fine Arts Center. Observatoire Sotheby’s et directeur fondateur de l’Event Horizon Telescope. « Cette nouvelle » vision des couleurs « nous permet de séparer les effets de la gravité d’Einstein des gaz chauds et des champs magnétiques qui alimentent les trous noirs et lancent de puissants jets qui traversent des distances galactiques. »

Un prisme divise la lumière blanche en un arc-en-ciel de couleurs car différentes longueurs d’onde de lumière se propagent à des vitesses différentes à travers le verre. Mais la gravité courbe toute la lumière de la même manière, donc Einstein s’attend à ce que la taille des anneaux vus par l’EHT soit similaire à 230 GHz et à 345 GHz, tandis que les gaz chauds en orbite autour des trous noirs auront un aspect différent à ces deux fréquences.

Surmonter les défis technologiques du VLBI haute fréquence

C’est la première fois que la technologie VLBI est utilisée avec succès à 345 GHz. Même si la possibilité d’observer le ciel nocturne avec des télescopes individuels à 345 GHz existait auparavant, l’utilisation de la technologie VLBI à cette fréquence a longtemps présenté des défis qu’il a fallu du temps et des progrès technologiques pour surmonter. La vapeur d’eau dans l’atmosphère absorbe les ondes à 345 GHz bien plus qu’à 230 GHz, affaiblissant ainsi les signaux des trous noirs à la fréquence la plus élevée. La clé était d’améliorer la sensibilité de l’EHT, ce que les chercheurs ont fait en augmentant la bande passante des instruments et en attendant du beau temps sur tous les sites.

Coopération mondiale et technologie de pointe

La nouvelle expérience a utilisé deux petits sous-réseaux de l’EHT, constitués du grand réseau millimétrique/submillimétrique d’Atacama (Alma) l’Atacama Pathfinder Experiment (APEX) au Chili, le télescope IRAM de 30 mètres en Espagne, le Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) en France, le Submillimeter Array (SMA) sur Mauna Kea à Hawaï et le Greenland Telescope – pour les mesures avec une précision allant jusqu’à 19 microsecondes Arc.

« Les sites d’observation les plus puissants sur Terre se trouvent à haute altitude, où la transparence et la stabilité atmosphériques sont idéales mais où les conditions météorologiques peuvent être encore plus dramatiques », a déclaré Nimesh Patel, astrophysicien au CfA et SAO et ingénieur de projet au SMA, ajoutant qu’au SMA, les nouvelles observations imposaient à Challenge the Icy Roads of Mauna Kea d’ouvrir le plateau par temps stable après une tempête de neige avec des minutes supplémentaires. « Maintenant, avec des systèmes à bande passante plus élevée qui traitent et capturent des bandes plus larges du spectre radio, nous commençons à surmonter des problèmes fondamentaux de sensibilité, tels que la météo, comme le démontrent de nouvelles découvertes, pour passer à 345 GHz. »

L’avenir de l’imagerie des trous noirs : le projet ngEHT

Cette réalisation constitue également une autre pierre angulaire sur la voie menant à la création de films haute résolution des environnements de l’horizon des événements entourant les trous noirs, qui s’appuieront sur les mises à niveau du réseau mondial existant. Le projet EHT de nouvelle génération (ngEHT) prévu ajoutera de nouvelles antennes à l’EHT dans des emplacements géographiques améliorés et améliorera les stations existantes en les modernisant toutes pour qu’elles fonctionnent simultanément sur plusieurs fréquences comprises entre 100 GHz et 345 GHz. Grâce à ces améliorations et à d’autres, le Global Array devrait augmenter d’un facteur 10 la quantité de données nettes et claires dont dispose l’EHT pour l’imagerie, permettant aux scientifiques non seulement de produire des images plus détaillées et plus sensibles, mais également des films mettant en vedette ces bêtes cosmiques violentes.

Une réalisation majeure dans le domaine de la recherche en astrophysique

« Le succès de l’observation EHT à 345 GHz représente une réussite scientifique majeure », a déclaré Lisa Kewley, directrice de l’Observatoire CfA et SAO. « En repoussant les limites de résolution à l’extrême, nous obtenons une clarté sans précédent dans l’imagerie du noir. trous que nous avions promis à l’époque. « Très tôt, et nous établissons des normes nouvelles et plus élevées pour la capacité de la recherche astrophysique sur Terre. »

Pour en savoir plus sur cette découverte, voir Trous noirs observés à des hautes fréquences jamais vues auparavant.

Référence : « Premières découvertes d’interférences à très longue base à 870 µm » par A.W Raymond et S. Doeleman et coll., 27 août 2024, Revue astronomique.
DOI : 10.3847/1538-3881/ad5bdb