Un regard sans précédent à l’intérieur d’un quasar montre le trou noir en son centre
Un quasar lointain — tempête de feu pulsatile plus brillante que mille milliards de soleils et située à une distance de la Terre correspondant à la moitié de l’univers — renferme un trou noir supermassif. Et nous pouvons maintenant le voir avec une netteté sans précédent, grâce à une équipe de chercheurs du télescope planétaire EHT (Event Horizon Telescope – télescope Horizon des événements).
L’équipe du télescope EHT a effectué les mesures les plus précises d’un quasar appelé 3C 279, en se servant du même réseau planétaire de télescopes qui avait servi à capter l’image maintenant emblématique d’un trou noir publiée en avril 2019.
En reliant de multiples télescopes parfaitement synchronisés de manière à ce qu’ils soient pointés simultanément sur le même phénomène, l’équipe du télescope EHT a exploité sa puissance d’observation inédite pour voir l’intérieur du quasar — améliorant d’un facteur de 5 à 10 les observations précédentes.
« Ce n’est pas seulement une évolution, c’est une révolution », affirme Avery Broderick, chef de l’initiative EHT à l’Institut Périmètre, où il est titulaire de la chaire Famille-Delaney-John-Archibald-Wheeler, ainsi que professeur agrégé au Département de physique et d’astronomie à l’Université de Waterloo.
« Nous commençons à filmer des trous noirs. » [traduction]
La vie intérieure violente d’un quasar
L’équipe du télescope EHT a publié ses constatations sur le quasar dans un article paru cette semaine dans la revue Astronomy & Astrophysics. M. Broderick est l’un des auteurs principaux de l’article. Ue-Li Pen — professeur associé à l’Institut Périmètre —, le postdoctorant Hung-Yi Pu, les anciens postdoctorants Roman Gold et Jorge Preciado-López, de même que plusieurs doctorants, ont participé à ces travaux.
Avery Broderick et ses collègues ont créé les outils qui ont permis d’extraire les données des observations du télescope EHT et de caractériser la vie intérieure violente du quasar. À l’aide de ces nouveaux outils de calcul, ils ont produit des modèles géométriques décrivant le mouvement du quasar pendant la semaine d’observation par le télescope EHT.
« Et les données du télescope EHT correspondent directement à cette structure chronologique, dit M. Broderick. C’est la première fois que l’on obtient un tel résultat. » [traduction]
Images du cœur d’un quasar
L’animation ci-dessus montre les 3 images les plus précises jamais obtenues de 3C 279. La première vient du VLBA (Very Long Baseline Array – Réseau à très grande base), la deuxième du GMVA (Global 3mm VLBI Array – Réseau mondial de VLBI à 3 mm), et la troisième du télescope EHT. « Ce n’est pas seulement une évolution, c’est une révolution » [traduction], dit M. Broderick.
Un blazar lointain
Les travaux de M. Broderick et de son équipe ont mis en lumière certains phénomènes physiques intéressants. 3C 279 est un parfait exemple de blazar — trou noir supermassif orienté de telle sorte que les puissants jets qu’il projette dans l’univers pointent vers nous. Cela entraîne d’énormes fluctuations de luminosité et l’apparition d’émissions d’une chaleur, d’une luminosité et d’une énergie extrêmes. On ne comprend pas encore parfaitement les lois qui régissent ces jets astrophysiques.
À cause des mouvements (parfois inattendus) des jets pendant la période d’observation par le télescope EHT, les scientifiques ont pu déduire de précieux renseignements sur le déroulement de certains des phénomènes les plus déroutants de l’univers. Ils ont constaté que le cœur de 3C 279 comporte 2 structures (ils s’attendaient à n’en voir qu’une seule) qui se déplacent extrêmement vite — à plus de 99,5 % de la vitesse de la lumière. Il est à noter que ces 2 structures ne semblent pas alignées, ce qui pourrait être le signe d’une courbure des jets.
Jae-Young Kim, de l’Institut Max-Planck de radioastronomie et chercheur principal du projet, a comparé ces constatations à l’ouverture de poupées russes dont chacune possède quelque chose de nouveau et fascinant.
« Chaque fois que l’on ouvre une nouvelle fenêtre sur l’univers, dit-il, on peut trouver quelque chose d’inédit. » [traduction]
Et Avery Broderick d’ajouter : « Nous avons fait ces découvertes en combinant la résolution sans précédent du télescope EHT et de nouveaux outils de calcul permettant d’interpréter ses données. » [traduction]
Robert Myers, directeur de l'Institut Périmètre, a déclaré que le télescope EHT constitue un « exemple remarquable de ce qui est possible lorsque des chercheurs collaborent par-delà les frontières entre pays et entre disciplines pour s'attaquer à de grands défis scientifiques. Cette équipe mondiale combine idées théoriques et nouvelles techniques d'observation pour comprendre les trous noirs et d'autres phénomènes astrophysiques d'une manière que nous pouvions à peine imaginer il y a seulement une génération. » [traduction]
À propos de l’IP
L'Institut Périmètre est le plus grand centre de recherche en physique théorique au monde. Fondé en 1999, cet institut indépendant vise à favoriser les percées dans la compréhension fondamentale de notre univers, des plus infimes particules au cosmos tout entier. Les recherches effectuées à l’Institut Périmètre reposent sur l'idée que la science fondamentale fait progresser le savoir humain et catalyse l'innovation, et que la physique théorique d'aujourd'hui est la technologie de demain. Situé dans la région de Waterloo, cet établissement sans but lucratif met de l'avant un partenariat public-privé unique en son genre avec entre autres les gouvernements de l'Ontario et du Canada. Il facilite la recherche de pointe, forme la prochaine génération de pionniers de la science et communique le pouvoir de la physique grâce à des programmes primés d'éducation et de vulgarisation.
