Les astronomes ont orchestré des antennes paraboliques radio à travers le monde dans une caméra virtuelle de la taille de la Terre pour une nouvelle expérience audacieuse tentant de fournir la toute première image d'un trou noir. La collaboration avec le télescope devrait faire une grande annonce des résultats cette semaineet les membres ont également décrit leur approche de recherche lors d'une conférence en mars.
Les trous noirs sont des déformations extrêmes dans l'espace-temps qui sont si fortes, leur gravité massive ne laisse même pas la lumière s'échapper une fois qu'elle est assez proche.
L'idée des astronomes est de photographier la silhouette circulaire opaque d'un trou noir coulé sur un fond clair. Le bord de l'ombre est l'horizon des événements, le point de non-retour d'un trou noir. Une image vaut mille mots, et une photographie d'un trou noir serait un outil important pour comprendre l'astrophysique, la cosmologie et le rôle des trous noirs dans l'univers.
Si un astronaute déposait une orange à la surface de la lune, les agrumes seraient très difficiles à voir depuis la Terre. Les trous noirs sont tout aussi difficiles à repérer, a déclaré Sheperd Doeleman, directeur de projet d'un nouveau projet ambitieux appelé Event Horizon Telescope.
Doeleman a partagé cette anecdote avec un public lors d'un panel au festival South by Southwest (SXSW) à Austin, Texas, le mois dernier. Doeleman et ses collègues collaborateurs Sera Markoff, Peter Galison et Dimitrios Psaltis ont expliqué le fonctionnement du projet lors de l'événement SXSW. "EHT: un effort planétaire pour photographier un trou noir."
Les trous noirs sont des structures massives par rapport aux planètes et aux humains. Mais ce qui nous semble important, c'est, à l'échelle galactique, minuscule. Photographier l'horizon des événements d'un trou noir s'est donc compliqué.
"L'un des objectifs de l'ISE est d'environ 10% de la taille de notre système solaire", a déclaré Sera Markoff, astrophysicien de l'Université d'Amsterdam, lors du panel. Le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, appelé Sagittaire A *, est à peu près de la taille de l'orbite de Mercure, a ajouté Doeleman.
Si un vaisseau spatial pouvait expulser les astronomes de la Voie lactée, qui est environ 50 milliards de fois plus grande que le Sagittaire A *, selon Markoff, alors repérer ce trou noir parmi les milliards d'autres étoiles et planètes de la galaxie serait assez délicat.
Pour observer le trou noir supermassif au centre de la galaxie de la Voie Lactée, ou pour voir une autre cible du projet - le trou noir supermassif au cœur de la galaxie elliptique supergéante Messier 87 - l'équipe EHT a dû transformer la Terre en télescope virtuel Plate-forme. En effet, la puissance d'un télescope pour résoudre les images est limitée à la taille de son antenne parabolique, et en utilisant un éventail d'instruments à travers le monde, l'équipe brise efficacement l'antenne parabolique et disperse les pièces dans le monde pour former un grand œil spatial.
Les observatoires du radiotélescope impliqués dans les observations de l'EHT en 2017 étaient ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array au Chili; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) au Chili; IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) en Espagne; LMT (Large Millimeter Telescope) au Mexique; SMT (Submillimeter Telescope) en Arizona; JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) à Hawaï; SMA (SubMillimeter Array) à Hawaï; et SPT (South Pole Telescope) en Antarctique.
Des observations coordonnées ont également été faites dans les bandes de rayons X et gamma.
Le Sagittaire A * est dormant, ce qui signifie qu'il ne consomme pas activement beaucoup d'étoiles et de gaz à proximité, libérant des radiations. Un trou noir actif se cache à l'intérieur de Messier 87. Pour voir le trou noir supermassif du quartier et celui qui s'éloigne plus loin, les télescopes doivent observer "toute la gamme du spectre électromagnétique, de la radio jusqu'aux rayons gamma", a déclaré Markoff.
Einstein avait-il raison à 100%?
Au cœur du projet, ses 200 scientifiques veulent répondre à deux questions, selon Psaltis, astronome et physicien à l'Université d'Arizona. La première consiste simplement à photographier un trou noir. Mais la deuxième chose importante qu'ils demandent est de savoir si Einstein avait raison à 100% sur le comportement des trous noirs.
"Einstein nous a dit il y a 100 ans exactement quelle devrait être la taille et la forme de l'ombre [du trou noir]. Si nous pouvions poser une règle sur cette ombre, nous serions en mesure de tester la théorie d'Einstein de la limite du trou noir". Dit Doeleman.
L'équipe a également voulu construire des modèles décrivant les trous noirs dans diverses circonstances, qui seront ensuite comparés aux observations EHT.
Dans le travail décrit à SXSW, l'équipe a utilisé des unités de traitement graphique (GPU), comme celles utilisées dans vos consoles de jeux vidéo préférées ou votre ordinateur, pour modéliser toutes les variétés hypothétiques d'un environnement de trou noir. Ils ont produit des centaines de gigaoctets de données de volume 3D pour modéliser les possibilités. Psaltis a déclaré que les photons, le plasma, le gaz et les champs magnétiques sont tous décrits dans les prévisions d'un trou noir.
Une fois qu'ils en ont un, l'équipe peut comparer une image de l'ombre d'un trou noir aux différents scénarios traités par les GPU afin de faire la simulation la plus réaliste du comportement d'un trou noir, sur la base de notre compréhension actuelle de la physique.
"Ce que l'image du trou noir pourrait faire pour nous, si nous pouvons l'obtenir, serait de prendre quelque chose qui est la plus extrême, la plus étrange prédiction de la relativité générale, l'une des grandes réalisations de l'esprit humain, [et] la combiner avec l'électronique la plus avancée avec une collaboration à l'échelle planétaire avec les statistiques les plus avancées [et] les nouvelles techniques d'imagerie ", a déclaré Galison, professeur à l'Université de Harvard, lors du panel. "C'est comme fabriquer un nouvel appareil photo avec un nouveau type de film, un nouveau type d'objectif, le combiner avec d'autres appareils photo, et si cela pouvait arriver, si nous pouvions réellement entrer et voir de près jusqu'à l'horizon . "
Galison a ajouté que la première image d'un trou noir prouverait, sans l'ombre d'un doute - jeu de mots voulu - que ces structures gargantuesques, puissantes et insaisissables existent.
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