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M87*

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Pour les articles homonymes, voir M87.

M87*
Image illustrative de l’article M87*
Image du disque d'accrétion du trou noir supermassif M87* en fausses couleurs, le . Le trou noir lui-même est à peu près 2,6 fois plus petit que le disque sombre.
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)
Astrométrie
Caractéristiques physiques
Masse (6,5 ± 0,7) × 109 M☉
Liste des objets célestes
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M87*[1] est le trou noir supermassif situé au centre de la galaxie elliptique supergéante M87 (également appelée Messier 87 ou Virgo A). C'est le premier trou noir à être imagé par interférométrie à très longue base, le , par l'équipe de l'Event Horizon Telescope[2].

Désignation et nom

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Ce trou noir est désigné M87*[3] : « 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. Pō, « 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 pō dans le chant[4],[5]. 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

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M87* a une masse estimée à 6,5 ± 0,7 milliards de masses solaires[6],[7]. C'est l'une des masses les plus importantes pour ce type d'objet.

Le rayon de son horizon des événements est de 19 milliards de kilomètres[8] soit 127 ua ou 17,6 heure-lumière, ou encore environ 2,5 fois la distance du Soleil à la ceinture de Kuiper[9].

Sa masse volumique moyenne est donc de : M / (4/3 π R3) ≈ 452 g m−3, soit environ celle de l'air au niveau de l'Everest[10].

La pesanteur évaluée au niveau de l’horizon du trou noir vaut : 1/4 c4 / (G M) = 3,025 648 1043 / M = 1/2 c2 / R = 4,493 776 1016 / R ≈ 2 340 m/s2, soit ~239 g.

Disque d'accrétion

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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[11] 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[12].

La limite inférieure du disque, déterminant le diamètre du disque sombre de l'image a 2,6 fois la taille de l'horizon du trou noir lui-même[13].

Le disque possède un diamètre maximal d'environ 0,12 pc (∼0,391 al)[14], soit 24 800 ua[15] ou 3,7 billions de kilomètres (3,7 × 1012 km), près de cent fois le diamètre du trou noir.

Rotation du trou noir

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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[16], que très rapide de l'ordre de 0,98[17].

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)[18], soit 3 % de la masse visible de notre Galaxie complètement transformée en énergie[19].

Décalage par rapport au centre galactique

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Le trou noir de M87 est décalé par rapport au centre galactique d'une distance d'environ 25 pc (∼81,5 al)[20]. 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[20],[21].

Ces assertions sont incertaines : 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[22].

Historique

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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, grâce à la découverte de la radiosource Virgo A produite par un jet de gaz relativiste issu du cœur de la galaxie[23], suivie d’observations en rayons X effectuées par les télescopes spatiaux HEAO1 et Einstein[24], 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[25].

En 1979, Jean-Pierre Luminet a effectué la première visualisation numérique réaliste d’un trou noir entouré d’un disque d’accrétion[26] 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 baptisé M87*). Une série d’images incluant de 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[27]. L’image simulée correspondant à un angle de vue de 60° par rapport au plan du disque est en tous points conforme à l’image télescopique obtenue trente ans plus tard par l’Event Horizon Telescope[28].

Notes et références

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  1. ↑ Prononcé « M87 étoile ».
  2. ↑ (en) Sheperd Doeleman, « Focus on the First Event Horizon Telescope Results », The Astrophysical Journal Letters, IOP Publishing,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  3. ↑ (en) Davide Castelvecchi, « How to hunt for a black hole with a telescope the size of Earth », sur www.nature.com, (consulté le )
  4. ↑ « Le premier trou noir jamais observé s’appellera Powehi, la « création sombre insondable ornée » », sur www.lemonde.fr, (consulté le )
  5. ↑ (en) « University of Hawai News (UH) Hilo professor names black hole capturing world’s attention », sur www.hawaii.edu, (consulté le )
  6. ↑ EHT 2019 I.
  7. ↑ EHT 2019 VI.
  8. ↑ Akiyama, Kazunori, Lu, Ru-Sen, Fish, Vincent L et al., « 230 GHz VLBI observations of M87: Event-horizon-scale structure during an enhanced very-high-energy γ-ray state in 2012 », The Astrophysical Journal, vol. 807, no 2,‎ , p. 150 (DOI 10.1088/0004-637X/807/2/150, Bibcode 2015ApJ...807..150A, arXiv 1505.03545, hdl 1721.1/98305, S2CID 50953437)
  9. ↑ (en) « 19 billion kilometers to astronomical units », sur Wolfram Alpha (consulté le ).
  10. ↑ Masse volumique de l'atmosphère en fonction de l'altitude[PDF].
  11. ↑ Macchetto et al. 1997.
  12. ↑ Di Matteo et al. 2003.
  13. ↑ The Event Horizon Telescope Collaboration, « First M87 Event Horizon Telescope results. I. The shadow of the supermassive black hole », The Astrophysical Journal Letters, vol. 875, no 1,‎ , p. L1 (DOI 10.3847/2041-8213/ab0ec7, Bibcode 2019ApJ...875L...1E, arXiv 1906.11238, S2CID 145906806, lire en ligne)
  14. ↑ (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).
  15. ↑ (en) « 0.12 parsec », sur Wolfram Alpha (consulté le ).
  16. ↑ (en) M87 black hole mass and spin estimate through the position of the jet boundary shape break, 2018. arXiv:1904.05665.
  17. ↑ (en) Constraint on the black-hole spin of M87 from the accretion-jet model 2017, arXiv:1705.07804.
  18. ↑ (en) Fabrizio Tamburini, Bo Thidé, Massimo Della Valle, « Measurement of the spin of the M87 black hole from its observed twisted light », ..
  19. ↑ (en) 10^64 erg, Wolfram Alpha, voir « Comparison as energy ».
  20. ↑ 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,‎ , L6–L10 (DOI 10.1088/2041-8205/717/1/L6, Bibcode 2010ApJ...717L...6B) arXiv:1005.2173.
  21. ↑ (en) Ron Cowen, « Black hole shoved aside, along with 'central' dogma », ScienceNews, vol. 177, no 13,‎ , p. 9 (lire en ligne, consulté le ).
  22. ↑ Gebhardt 2011.
  23. ↑ (en) W. Baade et R. Minkowski, « On the Identification of Radio Sources », The Astrophysical Journal, no 119,‎ , p. 215-231 (lire en ligne).
  24. ↑ (en) S. M. Lea, R. Mushotzky et S. S. Holt, « Einstein Observatory solid state spectrometer observations of M87 and the Virgo cluster », Astrophysical Journal, Part 1, vol. 262,‎ , p. 24–32 (lire en ligne).
  25. ↑ (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, no 221,‎ , p. 721 (lire en ligne).
  26. ↑ (en) Jean-Pierre Luminet, « Image of a Spherical Black Hole with Thin Accretion Disk », Astronomy & Astrophysics, vol. 75,‎ , p. 228-235 (lire en ligne).
  27. ↑ (en) Jean-Pierre Luminet, « An Illustrated History of Black Hole Imaging : Personal Recollections (1972-2002) », ArXiv :1902.11196,‎ (lire en ligne).
  28. ↑ (en) Black Hole Initiative, « Key Note Talk by Jean-Pierre Luminet », sur YouTube, .

Bibliographie

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

Articles scientifiques

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Série « First M87 Event Horizon Telescope Results » (EHT 2019)

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Articles de vulgarisation

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  • Alain Riazuelo, « L'épopée d'une image historique », Pour la science, hors-série no 106,‎ , p. 16-21.
  • Heino Falcke, Lumière dans l'obscurité : Les trous noirs, l'Univers et nous, Buchet-Chastel, 2022.

Liens externes

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