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La Voie lactée (suite 2)

Le centre de notre galaxie : un trou noir supermassif

Et voilà ! Le mot est lâché ! Le trou noir. La Voie lactée est une galaxie spirale. On en est sûr. Spirale barrée, on en est moins sûr. Si elle est barrée, ça veut dire qu'elle possède une proportion non négligeable une barre d'étoiles traversant leur noyau. Dans ce cas, les bras spiraux sont issus des extrémités de la barre et non directement du noyau. Tu captes, mon pote ?

Avec une masse estimée à 100 000 fois celle du Soleil, le trou noir géant que des astronomes japonais ont détecté pourrait provenir d’une galaxie naine absorbée par la Voie lactée dans le passé. Il est caché dans les profondeurs d’un nuage moléculaire situé à moins de 200 années-lumière de Sagittarius A*, le gigantesque trou noir de près de 4 millions de masses solaires qui occupe le centre de notre galaxie, et il a fallu toute la puissance des antennes paraboliques d’ALMA (Chili-ESO) pour le débusquer. Le centre de notre galaxie est relativement aisé à repérer à l’œil nu depuis un site offrant un ciel suffisamment protégé de la pollution lumineuse. Il se situe dans le Sagittarius A, à près de 6° au sud-ouest de la nébuleuse de la Lagune, non loin de la frontière avec les constellations d’Ophiuchus et du Scorpion ; le centre galactique, Sagittarius A* et CO-0.40-0.22* sont confondus à l’échelle de cette image. Dans un ciel sombre, la nébuleuse de la Lagune forme un petit grumeau plus clair dans la Voie lactée, bien visible sans instrument. 

Sur ce gros plan réalisé au Chili par l’astronome amateur français Stéphane Guisard (clique ici), la Lagune arbore la belle coloration rougeâtre caractéristique des nuages interstellaires essentiellement constitués d’hydrogène. Juste au-dessus, la plus petite nébuleuse de la Trifide est, elle aussi, bien visible avec des jumelles. Sur la droite de l’image, les étoiles Antarès du Scorpion et Rhô Ophiuchi illuminent des portions des vastes nébuleuses sombres qui les entourent.

La Voie lactée (suite 2)

Le centre de notre galaxie : un trou noir supermassif

Et voilà ! Le mot est lâché ! Le trou noir. La Voie lactée est une galaxie spirale. On en est sûr. Spirale barrée, on en est moins sûr. Si elle est barrée, ça veut dire qu'elle possède une proportion non négligeable une barre d'étoiles traversant leur noyau. Dans ce cas, les bras spiraux sont issus des extrémités de la barre et non directement du noyau. Tu captes, mon pote ?

La Galaxie avec plus de 100 milliards d'étoiles est immensément massive. Que peut contenir son centre ? Les astronomes ont observé le centre de la Galaxie durant plus de dix ans pour observer les mouvements propres des étoiles. La plupart des étoiles ont des orbites bien ordinaires. Cependant, l'une d'entre elles (voir vidéo ci-dessous) montre une trajectoire avec une accélération considérable lorsqu'elle passe au voisinage d'un point n'émettant aucune lumière. La masse nécessaire pour produire une telle orbite elliptique peut être calculée : 3,7 millions de fois la masse du Soleil ! Comment une telle masse peut-elle se concentrer dans un si petit espace sans qu'aucune émission lumineuse soit détectée ? C'est aujourd'hui la preuve la plus concrète de l'existence d'un trou noir massif au coeur de notre Galaxie.

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suite 2

suite 2

Un trou noir : dis, tonton, c'est quoi ?

En astrophysique, un trou noir est un objet céleste si compact que l'intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. De tels objets ne peuvent ni émettre, ni diffuser la lumière et sont donc noirs, ce qui en astronomie revient à dire qu'ils sont invisibles. Toutefois, plusieurs techniques d’observation indirecte dans différentes longueurs d'ondes ont été mises au point et permettent d’étudier les phénomènes qu’ils induisent. En particulier, la matière happée par un trou noir est chauffée à des températures considérables avant d’être « engloutie » et émet une quantité importante de rayons X. Leur existence — prédite par la relativité générale — est une certitude pour la quasi-totalité des astrophysiciens et des physiciens théoriciens. La gravitation étant le seul effet pouvant sortir d'un trou noir, une observation quasi-directe de trous noirs a pu être détaillée en février 2016 par le biais de la première observation directe des ondes gravitationnelles.

Dans le cadre de la relativité générale, un trou noir est défini comme une singularité gravitationnelle occultée par un horizon absolu appelé horizon des évènements. Selon la physique quantique, un trou noir émet un rayonnement de corps noir appelé rayonnement de Hawking.

Animation basée sur des images infra-rouges du centre de la Galaxie. Elle a été réalisée à partir d'observations obtenues de 1992 à 2007. Sur ces quinze années, il devient possible d'observer les mouvements individuels des étoiles, grâce à un système d'amélioration de la qualité d'image, dite "optique adaptative". Observez plus précisement la trajectoire d'une de ces étoiles, appelée S2, au voisinage de la croix. Ces images ont été obtenues par le "Very Large Telescope (VLT)" avec l'instrument NACO dont les performances en optique adaptative ont été réalisées par une équipe de l'Observatoire de Paris.

Dis, grand-mère qu'est-ce qui me prouve que les trous noirs existent ?

Les astronomes ont observé le centre de la Galaxie durant plus de dix ans pour observer les mouvements propres des étoiles. La plupart des étoiles ont des orbites bien ordinaires. Cependant, l'une d'entre elles (voir vidéo ci-dessous) montre une trajectoire avec une accélération considérable lorsqu'elle passe au voisinage d'un point n'émettant aucune lumière. La masse nécessaire pour produire une telle orbite elliptique peut être calculée : 3,7 millions de fois la masse du Soleil ! Comment une telle masse peut-elle se concentrer dans un si petit espace sans qu'aucune émission lumineuse soit détectée ? C'est aujourd'hui la preuve la plus concrète de l'existence d'un trou noir massif au coeur de notre Galaxie.

Animation basée sur des images infra-rouges du centre de la Galaxie. Elle a été réalisée à partir d'observations obtenues de 1992 à 2007. Sur ces quinze années, il devient possible d'observer les mouvements individuels des étoiles, grâce à un système d'amélioration de la qualité d'image, dite "optique adaptative". Observez plus précisement la trajectoire d'une de ces étoiles, appelée S2, au voisinage de la croix. Ces images ont été obtenues par le "Very Large Telescope (VLT)" avec l'instrument NACO dont les performances en optique adaptative ont été réalisées par une équipe de l'Observatoire de Paris.

Sagittarius A*, un trou noir géant de près de 4 millions de masses solaires, est l’objet le plus massif de notre galaxie et il est totalement invisible à l’œil nu ! C’est en détectant les déplacements rapides des étoiles capturées par son gargantuesque champ gravitationnel (voir ci-dessus) que les astronomes sont parvenus à le situer dans la constellation du Sagittaire, au cœur de la Voie lactée. L’ensemble de plusieurs centaines de milliards d’étoiles auquel appartient le Soleil à la forme d’une immense galette avec un renflement central, le bulbe ou noyau, au centre duquel est tapi ce trou noir gigantesque. Il est extrêmement difficile d’observer cette région depuis notre belvédère terrestre car le Soleil est situé en périphérie de la galaxie, près du bord de la galette, et des myriades d’étoiles, de nébuleuses et de poussières s’accumulent sur notre ligne de vision et jettent un voile pudique sur le cœur galactique.

Sous les tropiques, le cœur de la Voie lactée peut passer à proximité du zénith et la forme aplatie de notre galaxie devient apparente sur la voûte céleste avec son magnifique renflement central. Cette image panoramique réalisée à La Réunion va d’un horizon à l’autre et la lueur visible en biais en haut à droite est la lumière zodiacale © Guillaume Cannat

Un trou noir : dis, tonton, c'est quoi ?

En astrophysique, un trou noir est un objet céleste si compact que l'intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. De tels objets ne peuvent ni émettre, ni diffuser la lumière et sont donc noirs, ce qui en astronomie revient à dire qu'ils sont invisibles.

LA VOIE LACTEE : SUITE 3

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