Aujourd’hui, lors de conférences de presse simultanées dans le monde entier, notamment à l’Observatoire européen austral (ESO) headquarters in Germany, astronomers have unveiled the first image of the supermassive black hole at the center of our own Milky Way galaxy. This result provides overwhelming evidence that the object is indeed a black hole and yields valuable clues about the workings of such giants, which are thought to reside at the center of most galaxies. The image was produced by a global research team called the Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, using observations from a worldwide network of radio telescopes.
This is the first image of Sgr A*, the supermassive black hole at the center of our galaxy. It’s the first direct visual evidence of the presence of this black hole. It was captured by the Event Horizon Telescope (EHT), an array that linked together eight existing radio observatories across the planet to form a single “Earth-sized” virtual telescope. The telescope is named after the event horizon, the boundary of the black hole beyond which no light can escape. Credit: EHT Collaboration
The image is a long-anticipated look at the massive object that sits at the very center of our galaxy. Astronomers had previously seen stars orbiting around something invisible, compact, and very massive at the center of the Milky Way. This strongly suggested that this object — known as Sagittarius A* (Sgr A*, pronounced “sadge-ay-star”) — is a black hole, and today’s image provides the first direct visual evidence of it.
This image shows the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) looking up at the Milky Way as well as the location of Sagittarius A*, the supermassive black hole at our galactic center. Highlighted in the box is the image of Sagittarius A* taken by the Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration. Located in the Atacama Desert in Chile, ALMA is the most sensitive of all the observatories in the EHT array, and ESO is a co-owner of ALMA on behalf of its European Member States.
Credit: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), EHT Collaboration
Although we cannot see the black hole itself, because it is completely dark, glowing gas around it reveals a telltale signature: a dark central region (called a shadow) surrounded by a bright ring-like structure. The new view captures light bent by the powerful gravity of the black hole, which is four million times more massive than our Sun.
Regardez cette séquence vidéo qui fait un zoom sur le trou noir (Sgr A*) au centre de notre galaxie. Après une vue d’ensemble de la Voie lactée, nous plongeons dans les nuages denses de gaz et de poussière du centre galactique. Les étoiles ici ont été observées avec le Very Large Telescope and ESO’s Very Large Telescope Interferometer for decades, the black hole’s immense gravitational pull distorting the orbits of the stars closest to it. Finally, we arrive at Sgr A*, the first image of which has been captured by the EHT collaboration. The black hole is shown by a dark central region called a shadow, surrounded by a ring of luminous gas and dust. Credit: ESO/L. Calçada, N. Risinger (skysurvey.org), DSS, VISTA, VVV Survey/D. Minniti DSS, Nogueras-Lara et al., Schoedel, NACO, GRAVITY Collaboration, EHT Collaboration (Music: Azul Cobalto)
“We were stunned by how well the size of the ring agreed with predictions from Einstein’s Theory of General Relativity,” said EHT Project Scientist Geoffrey Bower from the Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei. “These unprecedented observations have greatly improved our understanding of what happens at the very center of our galaxy, and offer new insights on how these giant black holes interact with their surroundings.” The EHT team’s results are being published today (May 12, 2022) in a special issue of The Astrophysical Journal Letters.
Que faut-il faire pour capturer une image du trou noir au centre de notre galaxie ? Cette vidéo explique le fonctionnement de l’Event Horizon Telescope (EHT) et comment les astronomes ont réussi à créer un télescope massif de la taille de la Terre, suffisamment grand pour “voir” au bord des trous noirs. Crédit : ESO
Le trou noir étant situé à environ 27 000 années-lumière de la Terre, il nous apparaît dans le ciel avec la même taille qu’un beignet sur la Lune. Pour l’imager, l’équipe a créé le puissant EHT, qui relie huit observatoires radio existants à travers la planète pour former un seul télescope virtuel “de la taille de la Terre”.[1] L’EHT a observé Sgr A* pendant plusieurs nuits en 2017, recueillant des données pendant plusieurs heures d’affilée, comme si l’on utilisait un long temps d’exposition sur un appareil photo.
En plus d’autres installations, le réseau d’observatoires radio de l’EHT comprend le réseau Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) and the Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) in the Atacama Desert in Chile, co-owned and co-operated by ESO on behalf of its member states in Europe. Europe also contributes to the EHT observations with other radio observatories — the IRAM 30-meter telescope in Spain and, since 2018, the NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) in France — as well as a supercomputer to combine EHT data hosted by the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Germany. Moreover, Europe contributed with funding to the EHT consortium project through grants by the European Research Council and by the Max Planck Society in Germany.
These panels show the first two images ever taken of black holes. On the left is M87*, the supermassive black hole at the center of the galaxy Messier 87 (M87), 55 million light-years away. On the right is Sagittarius A* (Sgr A*), the black hole at the center of our Milky Way. The two images show the black holes as they would appear in the sky, with their bright rings appearing to be roughly the same size, despite M87* being around a thousand times larger than Sgr A*. Credit: EHT Collaboration
“It is very exciting for ESO to have been playing such an important role in unraveling the mysteries of black holes, and of Sgr A* in particular, over so many years,” commented ESO Director General Xavier Barcons. “ESO not only contributed to the EHT observations through the ALMA and APEX facilities but also enabled, with its other observatories in Chile, some of the previous breakthrough observations of the Galactic center.”[2]
La réalisation de l’EHT fait suite à la publication en 2019 par la collaboration de la première image d’un trou noir, appelé M87*, au centre de la galaxie plus lointaine Messier 87.
Comparaison de la taille des deux trous noirs imagés par la collaboration du télescope Event Horizon (EHT) : M87*, au cœur de la galaxie Messier 87, et Sagittarius A* (Sgr A*), au centre de la Voie lactée. L’image montre l’échelle de Sgr A* par rapport à M87* et à d’autres éléments du système solaire tels que les orbites de Pluton et de Mercure. Le diamètre du Soleil et la position actuelle de la sonde spatiale Voyager 1, le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, sont également affichés. M87*, qui se trouve à 55 millions d’années-lumière, est l’un des plus grands trous noirs connus. Alors que Sgr A*, situé à 27 000 années-lumière, a une masse d’environ quatre millions de fois celle du Soleil, M87* est plus de 1000 fois plus massif. En raison de leur distance relative à la Terre, les deux trous noirs semblent avoir la même taille dans le ciel. Crédit : collaboration EHT (remerciements : Lia Medeiros, xkcd)
Les deux trous noirs se ressemblent remarquablement, même si le trou noir de notre galaxie est plus de mille fois plus petit et moins massif que M87*.[3] “Nous avons deux types de galaxies complètement différents et deux masses de trous noirs très différentes, mais près du bord de ces trous noirs, ils semblent étonnamment similaires”, explique Sera Markoff, coprésidente du Conseil scientifique de l’EHT et professeur d’astrophysique théorique à l’Université d’Amsterdam, aux Pays-Bas. Cela nous indique que la relativité générale régit ces objets de près, et que toute différence…”.que nous voyons plus loin doit être due à des différences dans la matière qui entoure les trous noirs.”
Cette réalisation a été considérablement plus difficile que pour M87*, même si Sgr A* est beaucoup plus proche de nous. Le scientifique de l’EHT, Chi-kwan (‘CK’) Chan, de l’Observatoire Steward et du Département d’astronomie et de l’Institut des sciences des données de l’Université d’Arizona, aux États-Unis, explique : “Le gaz à proximité des trous noirs se déplace à la même vitesse – presque aussi vite que la lumière – autour de Sgr A* et de M87*. Mais alors que le gaz met des jours, voire des semaines, à décrire une orbite autour du grand M87*, il ne met que quelques minutes à le faire autour de Sgr A*, beaucoup plus petit. Cela signifie que la luminosité et la configuration du gaz autour de Sgr A* changeaient rapidement pendant que la collaboration EHT l’observait – un peu comme si l’on essayait de prendre une photo claire d’un chiot qui poursuit rapidement sa queue”.
Les deux trous noirs supermassifs qui ont été observés par l’EHT présentent des différences de masse considérables. M87* est plus de mille fois plus grand que le trou noir au centre de notre galaxie, Sgr A*, ce qui signifie que le gaz tourne autour de ce dernier beaucoup plus rapidement (à l’échelle de quelques minutes) qu’autour du premier (à l’échelle de quelques jours à quelques semaines). Crédit : C. M. Fromm (Université de Würzburg, Allemagne), L. Rezzolla (Université de Francfort, Allemagne), Collaboration EHT.
Les chercheurs ont dû développer de nouveaux outils sophistiqués pour rendre compte du mouvement du gaz autour de Sgr A*. Alors que M87* était une cible plus facile et plus stable, dont presque toutes les images se ressemblaient, ce n’était pas le cas pour Sgr A*. L’image du trou noir de Sgr A* est une moyenne des différentes images extraites par l’équipe, révélant enfin pour la première fois le géant tapi au centre de notre galaxie.
Un montage des observatoires radio qui forment le réseau Event Horizon Telescope (EHT), qui a été utilisé pour visualiser le trou noir central de la Voie lactée, Sagittarius A*. Il s’agit notamment de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), de l’Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), du télescope de 30 mètres de l’IRAM, du James Clark Maxwell Telescope (JCMT), du Large Millimeter Telescope (LMT), du Submillimeter Array (SMA), du Submillimeter Telescope (SMT) et du South Pole Telescope (SPT).
Les télescopes légèrement transparents en arrière-plan, représentent les trois télescopes ajoutés à la collaboration EHT après 2018 : le télescope du Groenland, le NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en France, et le télescope de 12 mètres UArizona ARO à Kitt Peak. Ces télescopes ont été ajoutés au réseau après les observations de Sagittarius A* en 2017. Crédit : ESO/M. Kornmesser. Images des différents télescopes : ALMA : ESO, APEX : ESO, LMT : Archives INAOE, GLT : N. Patel, JCMT : EAO-W. Montgomerie, SMT : D. Harvey, 30m : N. Billot, SPT : Wikipedia, SMA : S. R. Schimpf, NOEMA : IRAM, Kitt Peak : Wikipedia, Voie lactée : N. Risinger (skysurvey.org)
Cet effort a été rendu possible grâce à l’ingéniosité de plus de 300 chercheurs de 80 instituts à travers le monde qui forment ensemble la collaboration EHT. En plus de développer des outils complexes pour surmonter les défis de l’imagerie de Sgr A*, l’équipe a travaillé rigoureusement pendant cinq ans, utilisant des superordinateurs pour combiner et analyser leurs données, tout en compilant une bibliothèque sans précédent de trous noirs simulés à comparer avec les observations.
Les scientifiques sont particulièrement enthousiastes à l’idée de disposer enfin d’images de deux trous noirs de tailles très différentes, ce qui leur permet de comprendre comment ils se comparent et contrastent. Ils ont également commencé à utiliser ces nouvelles données pour tester des théories et des modèles sur le comportement du gaz autour des trous noirs supermassifs. Ce processus n’est pas encore totalement compris, mais on pense qu’il joue un rôle clé dans la formation et l’évolution des galaxies.
Cette image montre l’emplacement de certains des télescopes qui composent l’EHT, ainsi qu’une représentation des longues lignes de base entre les télescopes. Crédit : ESO/L. Calçada
“Nous pouvons maintenant étudier les différences entre ces deux trous noirs supermassifs pour obtenir de nouveaux indices précieux sur le fonctionnement de cet important processus”, a déclaré Keiichi Asada, scientifique de l’EHT, de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique, Academia Sinica, Taipei. “Nous avons des images pour deux trous noirs – l’un à l’extrémité large et l’autre à l’extrémité petite des trous noirs supermassifs de l’Univers – donc nous pouvons aller beaucoup plus loin dans les tests sur le comportement de la gravité dans ces environnements extrêmes que jamais auparavant.”
Une carte mondiale montrant les radio-observatoires qui forment le réseau de télescopes EHT (Event Horizon Telescope) utilisé pour imager le trou noir central de la Voie lactée, Sagittarius A*. Le siteLes télescopes surlignés en jaune faisaient partie du réseau EHT lors des observations de Sagittarius A* en 2017. Il s’agit notamment de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), de l’Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), du télescope de 30 mètres de l’IRAM, du James Clark Maxwell Telescope (JCMT), du Large Millimeter Telescope (LMT), du Submillimeter Array (SMA), du Submillimeter Telescope (SMT) et du South Pole Telescope (SPT).
Surlignés en bleu, les trois télescopes ajoutés à la collaboration EHT après 2018 : le télescope du Groenland, le NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en France et le télescope de 12 mètres de l’UArizona ARO à Kitt Peak. Crédit : ESO/M. Kornmesser
Les progrès sur l’EHT se poursuivent : une grande campagne d’observation en mars 2022 a inclus plus de télescopes que jamais auparavant. L’expansion continue du réseau EHT et les importantes mises à niveau technologiques permettront aux scientifiques de partager des images encore plus impressionnantes ainsi que des films sur les trous noirs dans un avenir proche.
Notes
- Les différents télescopes impliqués dans l’EHT en avril 2017, date à laquelle les observations ont été réalisées, sont : le Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), l’Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), le télescope de 30 mètres de l’IRAM, le James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), le Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), le Submillimeter Array (SMA), le Submillimeter Telescope (SMT) de l’Université d’Arizona, le South Pole Telescope (SPT). Depuis, l’EHT a ajouté à son réseau le télescope du Groenland (GLT), le NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA), et le télescope de 12 mètres de l’Université d’Arizona sur Kitt Peak.
L’ALMA est un partenariat entre l’Observatoire européen austral (ESO ; Europe, représentant ses États membres), la National Science Foundation (NSF) des États-Unis et les Instituts nationaux des sciences naturelles (NINS) du Japon, ainsi que le Conseil national de la recherche (Canada), le ministère des Sciences et de la Technologie (MOST ; Taiwan), l’Institut d’astronomie et d’astrophysique Academia Sinica (ASIAA ; Taiwan) et l’Institut coréen d’astronomie et des sciences spatiales (KASI ; République de Corée), en coopération avec la République du Chili. L’Observatoire conjoint ALMA est exploité par l’ESO, l’Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) et le National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX, une collaboration entre l’Institut Max Planck de radioastronomie (Allemagne), l’Observatoire spatial d’Onsala (Suède) et l’ESO, est exploité par l’ESO. Le télescope de 30 mètres est exploité par l’IRAM (les organisations partenaires de l’IRAM sont le MPG et l’ESO). [Germany], CNRS [France] et IGN [Spain]). Le TJCM est exploité par l’Observatoire d’Asie de l’Est au nom de l’Observatoire astronomique national du Japon, de l’ASIAA, du KASI, de l’Institut national de recherche astronomique de Thaïlande, du Center for Astronomical Mega-Science et d’organisations du Royaume-Uni et du Canada. Le LMT est exploité par l’INAOE et l’UMass, le SMA est exploité par le Center for Astrophysics Harvard & ; Smithsonian et ASIAA, et le SMT de l’Université d’Arizona est exploité par l’Université d’Arizona. Le SPT est exploité par l’University of Chicago with specialized EHT instrumentation provided by the University of Arizona.
The Greenland Telescope (GLT) is operated by ASIAA and the Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). The GLT is part of the ALMA-Taiwan project, and is supported in part by the Academia Sinica (AS) and MOST. NOEMA is operated by IRAM and the University of Arizona 12-meter telescope at Kitt Peak is operated by the University of Arizona. - A strong basis for the interpretation of this new image was provided by previous research carried out on Sgr A*. Astronomers have known the bright, dense radio source at the center of the Milky Way in the direction of the constellation Sagittarius since the 1970s. By measuring the orbits of several stars very close to our galactic center over a period of 30 years, teams led by Reinhard Genzel (Director at the Max –Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching near Munich, Germany) and Andrea M. Ghez (Professor in the Department of Physics and Astronomy at the University of California, Los Angeles, USA) were able to conclude that the most likely explanation for an object of this mass and density is a supermassive black hole. ESO’s facilities (including the Very Large Telescope and the Very Large Telescope Interferometer) and the Keck Observatory were used to carry out this research, which shared the 2020 Nobel Prize in Physics.
- Black holes are the only objects we know of where mass scales with size. A black hole a thousand times smaller than another is also a thousand times less massive.
More information
This research was presented in six papers published today in The Astrophysical Journal Letters.
The EHT collaboration involves more than 300 researchers from Africa, Asia, Europe, North and South America. The international collaboration aims to capture the most detailed black hole images ever obtained by creating a virtual Earth-sized telescope. Supported by considerable international efforts, the EHT links existing telescopes using novel techniques — creating a fundamentally new instrument with the highest angular resolving power that has yet been achieved.
The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes; the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, the University of Chicago, the East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, and Radboud University.
The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF), and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the Ministry of Science and Technology (MOST) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning, and operation of ALMA.
APEX, Atacama Pathfinder EXperiment, is a 12-meter diameter telescope, operating at millimeter and submillimeter wavelengths — between infrared light and radio waves. ESO operates APEX at one of the highest observatory sites on Earth, at an elevation of 5100 meters, high on the Chajnantor plateau in Chile’s Atacama region. The telescope is a collaboration between the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), the Onsala Space Observatory (OSO), and ESO.
The European Southern Observatory (ESO) enables scientists worldwide to discover the secrets of the Universe for the benefit of all. We design, build and operate world-class observatories on the ground — which astronomers use to tackle exciting questions and spread the fascination of astronomy — and promote international collaboration in astronomy. Established as an intergovernmental organization in 1962, today ESO is supported by 16 Member States (Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland, and the United Kingdom), along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO’s headquarters and its visitor center and planetarium, the ESO Supernova, are located close to Munich in Germany, while the Chilean Atacama Desert, a marvelous place with unique conditions to observe the sky, hosts our telescopes. ESO operates three observing sites: La Silla, Paranal, and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its Very Large Telescope Interferometer, as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. Together with international partners, ESO operates APEX and ALMA on Chajnantor, two facilities that observe the skies in the millimeter and submillimeter range. At Cerro Armazones, near Paranal, we are building “the world’s biggest eye on the sky” — ESO’s Extremely Large Telescope. From our offices in Santiago, Chile we support our operations in the country and engage with Chilean partners and society.
References:
- Main papers:
- Supplementary papers:
