Des astrophysiciens produisent une image de l’anneau de photons du trou noir supermassif

En avril 2019, la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a publié de superbes images de M87*, un trou noir supermassif au centre de Messier 87, une galaxie elliptique à quelque 53 millions d’années-lumière dans la constellation de la Vierge. Aujourd’hui, les astrophysiciens ont combiné des prédictions théoriques et des algorithmes d’imagerie sophistiqués pour remasteriser les images originales de M87*. Leurs découvertes sont conformes aux prédictions théoriques et offrent de nouvelles façons d’explorer ces objets mystérieux.

L’émission de M87* a été résolue en un anneau brillant et fin (carte de couleur orange), résultant de la séquence infinie d’images supplémentaires de la région d’émission, et de l’image primaire plus diffuse, produite par les photons qui viennent directement vers la Terre (en contours bleus); lorsqu’ils sont vus à la résolution d’imagerie du télescope Event Horizon, les deux composants se confondent; cependant, en recherchant séparément l’anneau fin, il est possible d’affiner la vue de M87*, en isolant l’empreinte de la forte gravité. Crédit image : Broderick et al., doi : 10.3847/1538-4357/ac7c1d.

L’image M87 * que les scientifiques de l’EHT ont dévoilée en 2019 était un point de repère, mais le Dr Avery Broderick, astrophysicien à l’Institut Perimeter et à l’Université de Waterloo, et ses collègues ont estimé qu’ils pouvaient affiner l’image et glaner de nouvelles connaissances en travaillant plus intelligemment, pas plus dur.

Ils ont appliqué de nouvelles techniques logicielles pour reconstruire les données originales de 2017 à la recherche de phénomènes que les théories et les modèles prédisaient se cachaient sous la surface.

La nouvelle image résultante représente l’anneau de photons, composé d’une série de sous-anneaux de plus en plus nets, qu’ils ont ensuite empilés pour obtenir l’image complète.

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“Nous avons éteint le projecteur pour voir les lucioles”, a déclaré le Dr Broderick.

“Nous avons pu faire quelque chose de profond – résoudre une signature fondamentale de la gravité autour d’un trou noir.”

“En “décollant” essentiellement des éléments de l’imagerie, l’environnement autour du trou noir peut alors être clairement révélé”, a déclaré le Dr Hung-Yi Pu, astrophysicien à l’Université nationale normale de Taiwan.

Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé un nouvel algorithme d’imagerie dans le cadre d’analyse EHT THEMIS pour isoler et extraire la caractéristique d’anneau distincte des observations originales de M87 * ainsi que pour détecter l’empreinte révélatrice d’un puissant jet soufflant vers l’extérieur du trou noir.

Leurs découvertes confirment les prédictions théoriques et offrent de nouvelles façons d’explorer ces objets mystérieux, qui sont censés résider au cœur de la plupart des galaxies.

“L’approche que nous avons adoptée consistait à tirer parti de notre compréhension théorique de l’apparence de ces trous noirs pour construire un modèle personnalisé pour les données EHT”, a déclaré le Dr Dominic Pesce, astrophysicien au Harvard & Smithsonian’s Center for Astrophysics.

“Ce modèle décompose l’image reconstruite en deux éléments qui nous intéressent le plus, afin que nous puissions étudier les deux éléments individuellement plutôt que mélangés.”

“Le résultat a été possible parce que l’EHT est un instrument de calcul en son cœur”, a déclaré le Dr Broderick.

« Cela dépend autant des algorithmes que de l’acier. Des développements algorithmiques de pointe nous ont permis de sonder les principales caractéristiques de l’image tout en rendant le reste dans la résolution native de l’EHT.

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“Alors que nous continuons à ajouter plus de télescopes et à construire l’EHT de nouvelle génération, la qualité et la quantité accrues de données nous permettront d’imposer des contraintes plus définitives sur ces signatures dont nous n’avons que maintenant nos premiers aperçus”, a déclaré le Dr. Paul Tiede, astrophysicien au Harvard & Smithsonian’s Center for Astrophysics et à la Black Hole Initiative de l’Université de Harvard.

Les découvertes apparaissent dans le Journal astrophysique.

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Avery E. Broderick et al. 2022. L’anneau de photons dans M87*. ApJ 935, 61 ; doi : 10.3847/1538-4357/ac7c1d

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