Télescope Horizon événementiel

Observatoires individuels du télescope Event Horizon

Le télescope Event Horizon ( EHT , allemand  E regnis h orizont t eleskop ) est un réseau de radiotélescopes permettant d'examiner les trous noirs distants à l' aide de l'interférométrie à très longue base (VLBI) . Les radiotélescopes du monde entier captent les signaux causés par les trous noirs. Les séries de mesures résultantes sont enregistrées (les volumes de données sont trop importants pour une transmission Internet) et acheminées vers des centres informatiques (comme le corrélateur VLBI de l' Institut Max Planck de radioastronomie de Bonn ) sur des supports de données ( racks avec disques durs ) , où ils sont évalués. La grande distance entre les télescopes à la surface de la Terre permet une résolution angulaire bien supérieure à celle des radiotélescopes individuels.

Les deux premières cibles du réseau sont le trou noir supermassif Sagittarius A* au centre de la Voie lactée et le trou noir au centre de la galaxie elliptique géante M87 . L'objectif est de vérifier les prédictions de la théorie de la relativité générale et de trouver des explications à la formation des jets extrêmement énergétiques des trous noirs supermassifs.

Les premières suggestions sur la façon dont l'horizon des événements pourrait être observé avec des radiotélescopes interconnectés ont été faites en 2000 par Heino Falcke , Fulvio Melia et Eric Agol . Les plans de l'EHT ont été concrétisés lors d'une réunion de radioastronomes en janvier 2012 à Tucson ("Bringing Black Holes into Focus: The Event Horizon Telescope"). L'observation a lieu à une longueur d'onde de 1,3 mm (230 GHz) ; Des observations à des longueurs d'onde encore plus courtes (0,87 mm, correspondant à 345 GHz) sont en préparation en 2019. L'élément clé du succès de l'EHT est que l'interféromètre radio ALMA a été rendu compatible VLBI à 230 GHz en 2016 (également dans la bande 86 GHz, correspondant à la longueur d'onde de 3,5 mm, dans le Global Millimeter VLBI Array , GMVA). Début avril 2017, il a participé pour la première fois à des observations VLBI à 86 GHz (GMVA) et 230 GHz (EHT), ce qui a permis d'améliorer la résolution dans le sens nord-sud d'un facteur trois et d'améliorer considérablement la sensibilité.

Huib Jan van Langevelde est directeur de l'EHT depuis août 2020. Shep Doeleman est le directeur fondateur . Le président du conseil d'administration de l'EHT est Colin J. Lonsdale; Anton Zensus est le président fondateur du conseil d'administration . Le conseil scientifique est dirigé par Daniel Marrone, successeur de Heino Falcke . La coopération EHT a reçu le Breakthrough Prize in Fundamental Physics et la médaille Albert Einstein (tous deux pour 2020) ainsi que le Breakthrough of the Year pour 2019.

Trou noir dans la galaxie M87

Une série de photos de la lune qui illustrent le grossissement du télescope Event Horizon à titre d'exemple. En haut à gauche la lune telle qu'un œil humain la voit sur terre (sans illusions d'optique dans le cerveau). Les images suivantes s'agrandissent à chaque fois d'un facteur de 19,3 en procédant dans le sens antihoraire. Le trou noir correspond à une balle de tennis dans la main d'un des astronautes d'Apollo 16 à côté du Lunar Roving Vehicle (LRV), indiqué par une petite photo en couleur du trou noir. La dernière photo en haut à droite montre le trou noir supermassif de M87, agrandi par un facteur d'un milliard.
Première représentation publiée de "l'ombre" et de l' afflux d'accrétion d' un trou noir , calculée à partir d'images du télescope Event Horizon (noyau de la galaxie Messier 87 )
Arrière du télescope James Clerk Maxwell de 15 mètres

Le 10 avril 2019, les premières images haute résolution du noyau actif de la galaxie M87 ont été présentées au public. C'était le résultat final de mois d'analyse avec des algorithmes de traitement d'images complexes et l'exclusion des effets perturbateurs. M87 est à 55 millions d'années-lumière de la Terre, et le trou noir en son centre a une masse estimée à 6,6 milliards de masses solaires avant l'observation désormais disponible avec l'EHT. Pour la première fois, les flux d'accrétion de matière chauffée autour d'un trou noir, qui sont déformés en anneau par gravité, ont été montrés . L'anneau représenté a un diamètre de 42 ± 3 microsecondes d' arc et une largeur inférieure à 20 microsecondes d'arc. Le bord intérieur de l'anneau peut être identifié à partir de la comparaison avec diverses simulations informatiques avec ce que l'on appelle l' ombre du trou noir. L'ombre est la projection gravitationnellement déformée de la zone d'où aucune lumière ne peut s'échapper et qui est limitée par l'orbite des photons sur laquelle la lumière capturée orbite autour du trou noir et peut soit s'échapper en raison de perturbations, soit être absorbée par le trou noir. Le trou noir tourne dans le sens des aiguilles d'une montre lorsqu'il est vu d'en haut, comme dans les images publiées. Les points lumineux au bord inférieur de l'anneau s'expliquent par un axe de rotation incliné de 17 à 18 degrés par rapport à la ligne de mire de l'observateur et un rayonnement relativiste en direction de l'observateur. Le rayon de Schwarzschild, qui est une variable caractéristique de l'horizon des événements, est quant à lui de 4 à 7 microsecondes d'arc, la zone sombre de l'image correspond à ce qu'on appelle l' ombre du trou noir, qui résulte de la effets de lentille gravitationnelle des émissions de photons à proximité immédiate du trou noir. Il est jusqu'à cinq fois plus grand que l'horizon des événements. Les images calculées montrent un très bon accord avec les simulations basées sur la théorie de la relativité générale et ont dépassé les attentes et ont surpris les scientifiques participants tels qu'Anton Zensus , directeur de l' Institut Max Planck de radioastronomie à Bonn .

Une connexion directe au jet de M87 ne résulte pas des enregistrements. En raison de l'inclinaison de l'axe de rotation par rapport à la ligne de visée et des effets relativistes, un seul des deux jets du M87 est visible optiquement.

De nombreuses affirmations résultent d'une comparaison des images avec des simulations informatiques (réalisées par le groupe de Luciano Rezzolla de l'Université de Francfort), mais en raison de la distorsion causée par la forte gravité, les conclusions sur les scénarios sous-jacents ne sont pas toujours claires - par exemple , une image similaire en résulterait lorsque l'on regarde le bord d'un disque de plasma rayonnant autour du trou noir, puisque le haut et le bas seraient visibles en même temps en raison de la courbure de l'espace-temps. Les comparaisons sont suffisantes pour estimer la masse du trou noir à 6,5 ± 0,7 milliards de masses solaires, mais pas pour déterminer le moment cinétique. Avec un trou noir en rotation, la forme de l'horizon des événements change ( métrique Kerr ), mais la déviation n'est que d'environ quatre pour cent et dépend de l'angle de vision. Une singularité nue peut être exclue , puisque l'ombre serait plus petite et nettement plus asymétrique.

Huit télescopes ont été impliqués dans la création des images (un total de quatre chacun sur une journée d'observation) sur quatre jours en avril 2017. Les huit télescopes étaient répartis dans le monde : en Arizona (SMT, Submillimeter Telescope ), au Chili ( Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) et Atacama Pathfinder Experiment , Apex), à Hawaï ( Submillimeter Array , SMA, James Clerk Maxwell Telescope , JCMT), le Mexique ( Large Millimeter Telescope , LMT), l' Antarctique au pôle Sud ( South Pole Telescope ) et l' Espagne ( Pico del Veleta dans la Sierra Nevada, le 30 m IRAM Telescope , PV). La résolution effective du télescope, qui résulte de l'interconnexion des télescopes individuels, correspond à la distance la plus éloignée entre les stations d'observation (11 000 km) ; mais pas la puissance de collecte de lumière. Cela ne correspond qu'à la somme des télescopes impliqués. La résolution angulaire correspond à la résolution d'une balle de tennis sur la lune lorsqu'elle est observée depuis la terre. Le réseau EHT s'est maintenant étendu. Les données très abondantes (beaucoup de pétaoctets, chacun des huit télescopes fournissaient environ 350 téraoctets par jour), dont le transport physique posait un problème particulier, par exemple depuis l'Antarctique, ont alors dû être comparées précisément en termes de temps et d'alignement des télescopes. Les données ont été évaluées au Max Planck Institute for Radio Astronomy et au MIT Haystack Observatory et ont traîné pendant deux ans, non seulement en raison de la composition des données des différents télescopes, mais aussi parce que les scientifiques impliqués voulaient s'assurer qu'ils aurait à la fin de la procédure complexe de création d'images une image directe d'un trou noir devant eux. Plus de 200 scientifiques de 20 nations et 59 institutions y ont participé. Au cours des quatre jours d'observation les 5, 6, 10 et 11 avril 2017, il y a eu une fenêtre de beau temps sur les huit stations.

Dans le même temps, des images de Sagittarius A * , le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, ont été créées, qui ont depuis été encore améliorées. Celui-ci apparaît à peu près de la même taille (bien qu'il soit clairement - environ mille fois - plus proche à 26 000 années-lumière, le trou noir de M87 est environ mille fois plus lourd), mais il est plus dynamique et les images sont donc plus floues. La matière à proximité immédiate circule en Sagittaire A toutes les quelques minutes et non en quelques jours comme en M87. Les photos du Sagittaire A devraient également être présentées au public prochainement (dès avril 2019). Aucune ombre n'est visible sur les images présentées jusqu'à présent, mais elles sont toujours en cours de correction pour les effets de diffusion dans l'espace interstellaire entre la Terre et le Sagittaire A.

À l'heure actuelle (2019) seules les ombres des trous noirs de M87 et de notre galaxie de la Voie lactée sont suffisamment grandes pour être observées.

Image aux rayons X du Sagittaire A* et deux échos lumineux (marqués) d'une explosion précédente

Établissements participants

Les institutions participantes comprennent :

Littérature

  • Collaboration avec le télescope Event Horizon : premiers résultats du télescope Event Horizon M87 , lettres du journal astrophysique :
    • I : L'Ombre du trou noir supermassif, Volume 875, 2019, L1, Arxiv
    • II : Réseau et Instrumentation, Volume 875, 2019, L 2, Arxiv
    • III : Traitement et étalonnage des données, Volume 875, 2019, L 3, Arxiv
    • IV : Imagerie du trou noir supermassif central, Volume 875, 2019, L 4, Arxiv
    • V : Origine Physique de l'Anneau Asymétrique, Volume 875, 2019, L 5, Arxiv
    • VI. L'ombre et la masse du trou noir central, Volume 875, 2019, L6, Arxiv
  • Oliver Porth et al. : The Event Horizon General Relativistic Magnetohydrodynamic Code Comparison Project , Arxiv 2019
  • Vincent Fish et al. (Event Horizon Telescope Collaboration) : Observing --- and Imaging --- Active Galactic Nuclei with the Event Horizon Telescope , Galaxies, Volume 4, 2016, Arxiv 2016
  • D. Psaltis, S. Doeleman : Comment mesure- t-on un trou noir ? Dans : Spectre de la science . Non. 2/16 . Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft , 2016, ISSN  0170-2971 ( Spektrum.de [consulté le 13 mars 2021] abonnement requis).
  • Thomas P. Krichbaum, Eduardo Ros, Helge Rottmann : le télescope Event Horizon - Aperçu des centres de Messier 87 et 3C279 . Dans : La physique à notre époque . Non. 51/6 , 2 novembre 2020, doi : 10.1002 / piuz.202001591 .
  • YES recensement entre autres : A sharp look at blackholes , communiqué de presse du Max Planck Institute for Radio Astronomy (21 avril 2015)

liens web

Preuve individuelle

  1. ↑ a b Davide Castelvecchi: Comment chasser pour un trou noir avec un télescope de la taille de la Terre . Dans : Nature . enregistrer 543 , non. 7646 , 23 mars 2017, p. 478-480 , doi : 10.1038 / 543478a .
  2. ↑ a b Kazunori Akiyama et al. (Event Horizon Telescope Collaboration) : premiers résultats du télescope Event Horizon M87. I. L'ombre du trou noir supermassif, Astroph. J. Letters, 10 avril 2019, IOPScience
  3. ^ Falcke, Melia, Agol : Affichage de l'ombre du trou noir au centre galactique , Astroph. J. Letters, Volume 528, 2000, p. 13, code bibliographique : 2000ApJ ... 528L..13F , doi : 10.1086 / 312423 .
  4. ↑ Déplacement vers les hautes fréquences d' observation , EHT, consulté le 14 Janvier, 2 020
  5. ↑ Sara Issaoun et al. : La taille, la forme et la diffusion du Sagittaire A* à 86 GHz : Premier VLBI avec ALMA. ApJ, 2019, doi : 10.3847 / 1538-4357 / aaf732 , arXiv : 1901.06226 .
  6. ^ La Collaboration Event Horizon Telescope et al.: Premiers résultats du télescope Event Horizon M87. I. L'ombre du trou noir supermassif. 2019 ApJL 875 L1 ' doi: 10.3847/2041-8213/ab0ec7 .
  7. ↑ Commission européenne : Découverte révolutionnaire en astronomie : conférence de presse. 10 avril 2019, consulté le 10 avril 2019 .
  8. ↑ Frank Wunderlich-Pfeiffer : Pas de photo d'un trou noir. Dans : Golem.de . 19 avril 2019. Consulté le 19 avril 2019 .
  9. ^ La collaboration du télescope Event Horizon : premiers résultats du télescope Event Horizon M87. IV. Imagerie du trou noir supermassif central . The Astrophysical Journal Letters, 10 avril 2019.
  10. ^ Au fond du M 87 , MPI Radioastronomie, 20 avril 2017
  11. ↑ a b Sybille Anderl, Thiemo Heeg, Tor zur Hölle, Frankfurter Allgemeine Woche, n° 16, 12 avril 2019, p. 60
  12. ↑ Ulf von Rauchhaupt, Ce n'est pas une singularité nue, Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 14 avril 2019, p.57
  13. ↑ Shep Doeleman : Focus sur les premiers résultats du télescope Horizon , Astroph. J. Letters, avril 2019
  14. ↑ Korey Haynes, Event Horizon Telescope publie la toute première image de trou noir , Astronomy.com, 10 avril 2019
  15. ↑ Johann Grolle, View into Nowhere, Der Spiegel, n° 16, 13 avril 2004, pp. 94-103, ici pp. 96f
  16. ^ Lever le voile autour du trou noir au centre de notre Voie Lactée , MPG pour Radio Astronomy, 21 janvier 2019
  17. ↑ Ulf von Rauchhaupt, Ce n'est pas une singularité nue, Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 14 avril 2019, p.56
  18. ↑ Instituts affiliés. Dans : eventhorizontelescope.org. 10 avril 2019, consulté le 13 mars 2021 .
  19. ↑ Collaborateurs. Dans : eventhorizontelescope.org. Archivé de l' original le 15 avril 2017 ; consulté le 27 mars 2017 (anglais).