jeudi 29 novembre 2018
(mise Ă jour le 26 mai 2019)
Pour la première fois hors de notre galaxie, des scientifiques ont révélé les propriétés des nuages de gaz en mouvement rapide au plus près d’un trou noir super-massif, permettant de mesurer la masse du trou noir avec une précision sans précédent. Cette mesure a été réalisée avec l’instrument GRAVITY du Very Large Telescope (VLT, Observatoire européen austral) par une équipe internationale comprenant des chercheurs du CNRS, de l’Observatoire de Paris au LESIA, de l’Université Grenoble-Alpes et de l’Observatoire de la Côte d’Azur. Elle est publiée dans Nature le 29 novembre 2018.
Les chercheurs estiment gĂ©nĂ©ralement la masse des trous noirs super-massifs situĂ©s au cĹ“ur des galaxies en observant le mouvement d’Ă©toiles ou de gaz tournant autour : schĂ©matiquement, plus ils tournent vite, plus le trou noir est massif. Pour les galaxies lointaines, mesurer directement les mouvements du gaz au plus près du trou noir Ă©tait jusqu’ici impossible, ces rĂ©gions gazeuses Ă©tant trop petites pour ĂŞtre observables. Pour estimer la masse du trou noir central, les astrophysiciens mesurent alors plutĂ´t le temps sĂ©parant l’émission de lumière depuis l’environnement immĂ©diat du trou noir et sa rĂ©verbĂ©ration par les nuages de gaz, pour en dĂ©duire la taille de la structure de gaz et de lĂ la masse du trou noir. C’est la mĂ©thode dite de « cartographie de rĂ©verbĂ©ration ».
Le quasar rĂ©side au cĹ“ur d’une galaxie elliptique gĂ©ante de la constellation de la Vierge, Ă une distance d’environ 2,5 milliards d’annĂ©es-lumière. Un jet de matière provenant des rĂ©gions centrales de la galaxie est visible Ă gauche de l’image.
© ESA / Hubble & NASA
Dans cette nouvelle étude, des astrophysiciens ont utilisé l’instrument GRAVITY du VLT pour plonger au cœur de 3C 273, le premier quasar identifié, situé au centre d’une galaxie à environ 2,5 milliards d’années-lumière. Selon une technique appelée interférométrie, l’instrument GRAVITY combine la lumière reçue par les quatre télescopes du VLT, au Chili. Équivalente à un télescope de 130 mètres de diamètre, cette combinaison offre aux astronomes un gain énorme en résolution spatiale puisqu’elle permettrait par exemple de déceler une pièce de 1 euro posée sur la Lune.
Les points rouges correspondent Ă des nuages s’Ă©loignant de l’observateur, les bleus Ă des nuages se dirigeant vers l’observateur. La simple distribution des points dans la figure dĂ©montre la rotation des nuages autour d’un axe de rotation coĂŻncidant avec la direction du jet Ă©mis par le quasar.
© Collaboration Gravity
L’observation du quasar 3C 273 par GRAVITY a permis de détecter pour la première fois le mouvement des nuages de gaz en rotation au plus près du trou noir d’un quasar. D’un rayon de près de 4000 milliards de kilomètres, la structure de gaz observée tourne à des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde autour d’un axe correspondant au jet de matière émis par le quasar.
Ces rĂ©sultats ont ainsi permis de « peser » le trou noir super-massif au cĹ“ur de 3C 273. La masse estimĂ©e grâce Ă GRAVITY, environ 300 millions de masses solaires, est conforme aux mesures antĂ©rieures obtenues par cartographie de rĂ©verbĂ©ration, mais avec une prĂ©cision 100 fois meilleure.
GRAVITY valide donc la mĂ©thode de « cartographie par rĂ©verbĂ©ration » pour peser les trous noirs super-massifs et offre en outre une nouvelle mĂ©thode indĂ©pendante, et extrĂŞmement prĂ©cise, pour mesurer leur masse dans des milliers d’autres quasars.
GRAVITY est un instrument de deuxième gĂ©nĂ©ration du VLTI, l’interfĂ©romètre du VLT. Son dĂ©veloppement rĂ©sulte d’une collaboration entre :
