M87*

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M87*
Image illustrative de l’article M87*
Image du trou noir supermassif M87* et de son disque d'accrétion.
Données d’observation
(Époque J2000.0)
Constellation Vierge
Ascension droite (α) 12h 30m 49,4s
Déclinaison (δ) 12° 23′ 28,0″

Localisation dans la constellation : Vierge

(Voir situation dans la constellation : Vierge)
Virgo IAU.svg
Astrométrie
Caractéristiques physiques
Masse (6,5 ± 0,7)×109 M
Liste des objets célestes

M87* est le trou noir supermassif situé au centre de la galaxie elliptique supergéante M87 (Messier 87, Virgo A). C'est le premier trou noir à être imagé par interférométrie VLBI, le , par l'équipe de l'Event Horizon Telescope[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7].

Désignation et nom[modifier | modifier le code]

Ce trou noir est désigné M87*[8][réf. non conforme] : « M87 », car il s'agit de sa galaxie hôte et « * » en tant que source quasi-ponctuelle d'ondes radio.

Il pourrait être baptisé « Pōwehi », un nom hawaïen signifiant « source sombre embellie de création sans fin ». Ce nom est dérivé du Kumulipo, le chant primordial décrivant la création de l'univers hawaïen. , « source sombre et profonde d'une création sans fin », est un concept souligné et répété dans le Kumulipo, tandis que wehi, ou wehiwehi, « honorée d'embellissements », est l'une des nombreuses descriptions du dans le chant[9][réf. non conforme],[10][réf. non conforme]. Ce nom reflète le rôle des Observatoires du Mauna Kea dans la création de l'image par l'EHT et a été créé par ces observatoires hawaïens avec un professeur de l'Université de Hawaï. Il faut cependant noter que ce nom n'est ni officiel ni même approuvé par l'EHT en tant que tel, les principaux chercheurs de la collaboration n'ayant même pas été consultés.

Masse et dimension[modifier | modifier le code]

M87* a une masse estimée à 6,5 ± 0,7 milliards de masses solaires[2],[7]. C'est l'une des masses les plus importantes pour ce type d'objet. Le diamètre de son horizon des événements est de 38 milliards de kilomètres[11] soit 254 ua ou 1,5 jour-lumière[12][réf. non conforme], ou encore environ trois fois le diamètre de l'orbite moyenne de Pluton.

Sa masse volumique est donc de 450 ± 50 g m−3, soit environ celle de l'air au niveau de l'Everest[13].

Disque d'accrétion[modifier | modifier le code]

Autour de ce trou noir se trouve un disque d'accrétion de gaz ionisé, qui est orienté perpendiculairement au jet. Ce gaz orbite autour du trou noir à des vitesses[14] allant jusqu'à 1 000 km s−1. Le gaz tombe par accrétion dans le trou noir à un taux estimé à une masse solaire par dizaine d'années[15].

Le disque possède un diamètre maximal de environ 0,12 pc (∼0,391 a.l.)[16], soit 24 800 ua[17][réf. non conforme], soit près de cent fois le diamètre du trou noir.

Rotation du trou noir[modifier | modifier le code]

Le paramètre de spin du trou noir a* (qui peut prendre des valeurs entre 0, pas de rotation, et 1, vitesse maximale) de M87* n'est pas connu avec précision.

Selon des méthodes différentes, les études donnent aussi bien un taux de rotation lent de l'ordre de 0,1[18], que très rapide de l'ordre de 0,98[19].

Une étude d' semble confirmer une rotation très rapide, avec un paramètre de spin a* = 0.9±0.1, avec une inclinaison de 17°. Une telle rotation d'une telle masse donne une énergie de rotation de l'ordre de 1064 ergs (1057 joules)[20], soit 3 % de la masse de notre galaxie complètement transformée en énergie[21].

Décalage par rapport au centre galactique[modifier | modifier le code]

Le trou noir de M87 est décalé par rapport au centre galactique d'une distance d'environ 25 pc (∼81,5 a.l.)[22]. Ce décalage est orienté dans la direction opposée à celle du jet, ce qui pourrait indiquer que le trou noir a été éjecté du centre par le jet. Une autre possibilité est que ce décalage soit intervenu durant la fusion de deux trous noirs supermassifs[22],[23].

Ces assertions sont toutefois à prendre au conditionnel : l'étude n'inclut pas les différences spectroscopiques entre les étoiles et le noyau galactique actif. Il est donc possible que la position apparente du centre de la galaxie vis-à-vis du trou noir soit mal interprétée par l'éclat optique du jet. En 2011, une étude de M87 n'a pas trouvé de déplacement statistiquement significatif[24].

Historique[modifier | modifier le code]

Simulations numériques en fausses couleurs d'un disque d'accrétion autour d'un trou noir statique de Schwarzschild selon différents angles de vue, par J.-A. Marck et J.-P. Luminet, 1989.

La galaxie M87 a été reconnue comme une galaxie à noyau actif dès les années 1950, avec la découverte de la radiosource Virgo A produite par un jet de gaz relativiste issu du cœur de la galaxie[25], suivie d’observations en rayons X effectuées par les télescopes spatiaux HEAO1 et Einstein[26], suggérant l’hypothèse d’un trou noir supermassif comme moteur de l’activité. En 1979, l’analyse de la dynamique stellaire proche du cœur a conduit à une première estimation de la masse du trou noir central de l’ordre de cinq milliards de masses solaires[27]. En 1979, Jean-Pierre Luminet a effectué la première visualisation numérique réaliste d’un trou noir entouré d’un disque d’accrétion[28] et a conclu son article en prédisant que l’image simulée devrait s’appliquer au cas du trou noir central de M87 (qui n’avait pas encore été baptisée M87*).

Une série d’images incluant des fausses couleurs et différents angles de vue ont été obtenues en 1989 sur la base des équations de Luminet par son collaborateur Jean-Alain Marck[29]. L’image simulée correspondant à un angle de vue de 60° par rapport au plan du disque est en tout points conforme à l’image télescopique obtenue trente ans plus tard par l’EHT[30].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Shep Doeleman, « Focus on the First Event Horizon Telescope Results », sur IOPscience, The Astrophysical Journal Letters, IOP Publishing, (consulté le 18 novembre 2020).
  2. a et b EHT 2019 I.
  3. EHT 2019 II.
  4. EHT 2019 III.
  5. EHT 2019 IV.
  6. EHT 2019 V.
  7. a et b EHT 2019 VI.
  8. Lire en ligne.
  9. Lire en ligne.
  10. (en)Lire en ligne.
  11. (en) « The first picture of a black hole opens a new era of astrophysics », sur sciencenews.org.
  12. (en) Wolfram Alpha.
  13. Masse volumique de l'atmosphère en fonction de l'altitude[PDF].
  14. Macchetto et al. 1997.
  15. Di Matteo et al. 2003.
  16. (en) Matveyenko, L. I. et Seleznev, S. V., « Fine core-jet structure of the galaxy M87 », Astronomy Letters, vol. 37, no 3,‎ , p. 154–170 (DOI 10.1134/S1063773711030030, Bibcode 2011AstL...37..154M).
  17. (en) Wolfram Alpha.
  18. (en) M87 black hole mass and spin estimate through the position of the jet boundary shape break 2018. arXiv:1904.05665.
  19. (en) Constraint on the black-hole spin of M87 from the accretion-jet model 2017, arXiv:1705.07804.
  20. (en) Fabrizio Tamburini, Bo Thidé, Massimo Della Valle « Measurement of the spin of the M87 black hole from its observed twisted light », ..
  21. (en) Wolfram Alpha, Energy comparaison.
  22. a et b (en) Dan Batcheldor, Andrew Robinson, David J. Axon, Eric S. Perlman et David Merritt, « A Displaced Supermassive Black Hole in M87 », The Astrophysical Journal Letters, vol. 717, no 1,‎ , p. L6–L10 (DOI 10.1088/2041-8205/717/1/L6, Bibcode 2010ApJ...717L...6B) arXiv:1005.2173.
  23. (en) Ron Cowen, « Black hole shoved aside, along with 'central' dogma », ScienceNews, vol. 177, no 13,‎ , p. 9 (lire en ligne, consulté le 29 mai 2010).
  24. Gebhardt 2011.
  25. (en) Baade, W.;Minkowski, R.,, « On the Identification of Radio Sources », The Astrophysical Journal no 119,‎ , p. 215-231 (lire en ligne).
  26. (en) Lea, S. M.; Mushotzky, R.; Holt, S. S., « Einstein Observatory solid state spectrometer observations of M87 and the Virgo cluster », Astrophysical Journal, Part 1. vol. 262,‎ , p. 24–32 (lire en ligne).
  27. (en) Young P.J., Westphal J.A., Kristian J., Wilson C.P., Landauer F.P., « Evidence for a supermassive object in the nucleus of the galaxy M87 from SIT and CCD area photometry », Astrophysical Journal, vol. 221,‎ , p. 721 (lire en ligne).
  28. (en) Luminet, J.-P., « Image of a Spherical Black Hole with Thin Accretion Disk », Astronomy & Astrophysics, vol. 75,‎ , p. 228-235 (lire en ligne).
  29. (en) Luminet, J.-P., « An Illustrated History of Black Hole Imaging : Personal Recollections (1972-2002) », ArXiv :1902.11196,‎ (lire en ligne).
  30. (en) Black Hole Initiative, « Key Note Talk by Jean-Pierre Luminet », sur YouTube, .

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Document utilisé pour la rédaction de l’article : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

Articles scientifiques[modifier | modifier le code]

Série « First M87 Event Horizon Telescope Results » (EHT 2019)[modifier | modifier le code]

Pour ces articles, voir la liste complète des auteurs sur le site.

Articles de vulgarisation[modifier | modifier le code]

  • Alain Riazuelo, « L'épopée d'une image historique », Pour la science, hors-série, no 106,‎ , p. 16-21