Un anneau de lumière net créé par des photons circulant à l'arrière d'un trou noir supermassif a été repéré par des chercheurs travaillant sur le télescope Event Horizon (EHT). L'observation confirme une prédiction de la théorie de la relativité générale d'Einstein et éclaire davantage la masse du trou noir et le puissant jet de matière qui émane de l'objet supermassif.
L'EHT est un réseau mondial de radiotélescopes qui, lorsqu'ils sont combinés, ont une ouverture suffisamment large pour résoudre l'environnement immédiat des trous noirs supermassifs. En 2019, les scientifiques de l'EHT ont produit le toute première image du disque incandescent de gaz et « d'ombre » entourant le trou noir supermassif M87*. Cet objet est au cœur de la galaxie Messier 87 et serait environ 7 milliards de fois plus massif que le Soleil. L'EHT a ensuite été pointé vers le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée et un image du disque et de l'ombre de cet objet a été publié plus tôt cette année.
Aujourd'hui, les chercheurs de l'EHT dirigés par Avery Broderick du Perimeter Institute for Theoretical Physics du Canada et de l'Université de Waterloo ont revu leurs observations de M87* à la recherche d'un anneau de lumière net créé par des photons qui effectuent une demi-orbite autour de l'arrière du trou noir avant de se rendre sur Terre. Cet anneau est prédit par des simulations magnétohydrodynamiques relativistes générales de la région entourant M87 * mais n'a pas pu être vu en raison du disque brillant de lumière diffuse créé par les photons qui voyagent directement vers la Terre.
Voir les lucioles
"Nous avons éteint le projecteur pour voir les lucioles", explique Broderick, ajoutant : "Nous avons pu faire quelque chose de profond - résoudre une signature fondamentale de la gravité autour d'un trou noir". Pour ce faire, l'équipe a utilisé un nouvel algorithme d'imagerie qu'elle a ajouté à THEME – un cadre d'analyse qui aide les chercheurs à comprendre les observations EHT.
Membre de l'équipe Hung-Yi Pu de l'Université nationale normale de Taïwan affirme que le nouvel algorithme permet à la collaboration de "décoller" des éléments d'une image EHT afin que "l'environnement autour du trou noir puisse ensuite être clairement révélé".
Construire un télescope de la taille d'une planète
En plus d'observer l'anneau de photons, l'équipe a trouvé des preuves d'un puissant jet rotatif de matière éjecté de la région du trou noir. Cette dernière observation confirme la prédiction théorique selon laquelle la rotation du trou noir crée une puissante sortie de matière. Cette dernière analyse combinée aux observations précédentes a également permis à l'équipe de donner la meilleure valeur à ce jour pour la masse de M87*, en la fixant à 7.13 ± 0.39 milliards de masses solaires.
La théorie prédit qu'il devrait exister plus d'anneaux autour de M87*, chacun correspondant à des photons faisant des orbites différentes autour du trou noir. L'équipe pense qu'elle devrait pouvoir affiner son analyse pour voir au moins un autre de ces anneaux.
La recherche est décrite dans Le journal astrophysique.
