Voici à quoi ressemble le champ magnétique au bord du trou noir M87*

Des astronomes n’avaient jamais mesuré la polarisation si près d’un trou noir. La collaboration de l’Event Horizon Telescope (EHT), qui avait obtenu la toute première image d’un trou noir en 2019, a été encore plus loin en présentant ce 24 mars 2021 ce même objet massif en lumière polarisée, a relayé le CNRS dans un communiqué. Deux études (1,2) ont été mises en ligne le même jour dans The Astrophysical Journal Letters par la collaboration de l’EHT.

Cette nouvelle image représente encore une fois M87*, le trou noir supermassif situé au centre de la galaxie M87 (Messier 87). Cet « anneau de feu » se détachant sur un fond noir représente 6,5 milliards de fois la masse du Soleil. Il se trouve à 55 millions d’années-lumière de la Terre. Grâce à la lumière dite « polarisée », on peut observer le champ magnétique et ainsi espérer mieux cerner la physique à proximité des trous noirs, résume le CNRS. Avec de telles observations, on peut aussi tenter d’expliquer comment M87 peut produire des jets si puissants, qui s’étendent bien au-delà de la galaxie (sur au moins 5 000 années-lumière à partir du centre de la galaxie).

Dit autrement, cette nouvelle image est une opportunité de comprendre la physique qui se trouve derrière l’image obtenue en 2019.

En apprendre plus

Qu’est-ce qu’un trou noir ?

À gauche, l'image de M87* présentée en 2019. À droite, encadrée, la nouvelle image en lumière polarisée.

Source : Event Horizon Telescope, montage Numerama

La lumière est polarisée : qu’est-ce que ça veut dire ?

L’EHT est composé de huit télescopes reliés à travers le monde, permettant de créer un « télescope virtuel » de la taille de la Terre. Depuis la publication de la toute première image d’un trou noir, l’Event Horizon Telescope a continué à examiner les données obtenues sur le trou noir M87*. C’est ainsi qu’ils ont pu découvrir que la lumière autour de ce trou noir est polarisée en grande partie. Comme l’explique le CNRS, on peut songer à des lunettes de soleil pour comprendre ce qu’est la polarisation de la lumière : lorsqu’elle passe à travers des filtres, comme les verres de lunettes de soleil polarisés, elle se réorganise. Dit autrement, la lumière est courbée sous l’effet du champ électromagnétique. La lumière peut aussi se polariser quand elle est émise dans des zones chaudes de l’espace, qui sont magnétisées.

En observant comment la lumière provenant du trou noir est polarisée, les astronomes peuvent discerner encore mieux la région autour du trou noir (un peu comme les lunettes de soleil aident à voir en limitant les reflets sur des surfaces lumineuses). C’est comme cela que les scientifiques peuvent dresser une carte des lignes de champ magnétique, à proximité du trou noir.

Comprendre les interactions entre matière absorbée et matière éjectée

« Les images polarisées récemment publiées sont essentielles pour comprendre comment le champ magnétique permet au trou noir de ‘gober’ de la matière et de produire de puissants jets », résume l’astrophysicien américain Andrew Chael, membre de l’EHT, cité par le CNRS. La majeure partie de la matière tourbillonnant autour d’un trou noir est absorbée par celui-ci, mais des éléments peuvent s’échapper momentanément et être projetées dans l’espace, sous la forme de jets. Avec leur nouvelle image, les astronomes peuvent examiner cet endroit près du trou noir où la matière absorbée et la matière éjectée sont en interaction.

D’après les observations, il semblerait que le champ magnétique joue un rôle pour repousser le gaz. Ainsi, ne pourrait franchir l’horizon des événements (la « frontière » du trou noir) que le gaz qui parvient à passer à travers ce champ magnétique. La nouvelle image de M87* permet ainsi de mieux cerner la physique aux abords de ce trou noir gigantesque.

Pour aller plus loin

Pourquoi l’image impressionnante du trou noir M87* ne suffit pas à révéler tous ses mystères