Lorsque la radio-galaxie géante Messier 87 (M 87) a déclenché un torrent de rayonnements gamma et de flux radio, une collaboration internationale de 390 scientifiques a observé. Ils rapportent la découverte dans le numéro de cette semaine de Science Express.
Les résultats fournissent une première preuve expérimentale que les particules sont accélérées à des énergies extrêmement élevées au voisinage immédiat d'un trou noir supermassif et émettent ensuite les rayons gamma observés. Les rayons gamma ont des énergies mille milliards de fois supérieures à l'énergie de la lumière visible.
Matthias Beilicke et Henric Krawczynski, tous deux physiciens de l'Université de Washington à St. Louis, ont coordonné le projet en utilisant la collaboration VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). L'effort a impliqué trois réseaux de télescopes de 12 mètres (39 pieds) à 17 mètres (56 pieds), qui détectent les rayons gamma à très haute énergie, et le Very Long Baseline Array (VLBA) qui détecte les ondes radio avec une grande précision.
«Nous avions programmé des observations de rayons gamma de M 87 dans un effort de coopération étroite avec les trois principaux observatoires de rayons gamma VERITAS, H.E.S.S. et MAGIC, et nous avons eu de la chance qu'une extraordinaire éruption de rayons gamma se soit produite juste au moment où la source a été observée avec le VLBA et son impressionnant pouvoir de résolution spatiale », a déclaré Beilicke.
«Seule la combinaison des observations radio à haute résolution avec les observations de rayons gamma VHE nous a permis de localiser le site de la production de rayons gamma», a ajouté R. Craig Walker, scientifique au National Radio Astronomy Observatory de Socorro, Nouveau-Mexique. .
M 87 est situé à une distance de 50 millions d'années-lumière de la Terre dans l'amas de galaxies Vierge. Le trou noir au centre de M 87 est six milliards de fois plus massif que le Soleil.
La taille d'un trou noir non rotatif est donnée par le rayon de Schwarzschild. Tout - matière ou rayonnement - qui se trouve dans un rayon de Schwarzschild du centre du trou noir sera avalé par celui-ci. Le rayon de Schwarzschild du trou noir supermassif dans M 87 est comparable au rayon de notre système solaire.
Dans le cas de certains trous noirs supermassifs - comme dans M 87 - la matière en orbite et s'approchant du trou noir alimente des débits très relativistes, appelés jets. La matière dans les jets s'éloigne du trou noir, échappant à sa force gravitationnelle mortelle. Les jets sont parmi les plus gros objets de l'Univers, et ils peuvent atteindre plusieurs milliers d'années-lumière du voisinage du trou noir dans le milieu intergalactique.
L'émission de rayons gamma à très haute énergie du M 87 a été découverte pour la première fois en 1998 avec les télescopes HEGRA Cherenkov. «Mais même aujourd'hui, le M 87 est l'une des 25 sources à l'extérieur de notre galaxie connues pour émettre des rayons gamma [de très haute énergie]», explique Beilicke.
Les nouvelles observations montrent maintenant que l'accélération des particules et l'émission subséquente de rayons gamma peuvent se produire dans le «jet intérieur», à moins d'environ 100 rayons de Schwarzschild loin du trou noir, qui est un espace extrêmement étroit par rapport à la étendue totale du jet ou de la galaxie.
En plus de VERITAS et du VLBA, le système de stéréoscopie à haute énergie (H.E.S.S.) et les observatoires de rayons gamma Cherenkov (MAGIC) à rayons gamma atmosphériques majeurs ont été impliqués dans ces observations.
Légende de l'image principale: Conception par l'artiste du noyau interne du M87: trou noir, disque d'accrétion et jets intérieurs. Crédit: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Deuxième image: Image VLA à grande échelle de M87: un cercle blanc indique la zone dans laquelle les télescopes à rayons gamma pourraient détecter les rayons gamma très énergétiques qui étaient émis. Pour affiner l'emplacement, il fallait encore le VLBA. CRÉDIT: NRAO / AUI / NSF
Collage: En haut à gauche, une image VLA de la galaxie montre les jets radio-émetteurs à une échelle d'environ 200 000 années-lumière. Les zooms ultérieurs progressent plus près du cœur de la galaxie, où réside le trou noir supermassif. Dans la conception de l'artiste (arrière-plan). le trou noir illustré au centre est environ le double de la taille de notre système solaire, une infime fraction de la taille de la galaxie, mais contenant environ six milliards de fois la masse du soleil. Crédit: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Sources: Science et l'Observatoire national de radioastronomie, via Eurekalert.
