Au cœur de la galaxie M87, un véritable laboratoire cosmique intéresse les scientifiques : le trou noir supermassif M87* est un sujet d'observation récurrent dont il a été possible d'affiner le portrait ces dernières années grâce à l'intelligence artificielle.
Plus récemment, il s'est fait remarquer par un phénomène inédit : une inversion rapide de ses champs magnétiques que les chercheurs sont encore en peine d'expliquer.
Grâce aux récentes observations du réseau d’antennes Event Horizon Telescope (EHT), le comportement imprévisible de ces champs magnétiques remet en question nombre de certitudes établies sur la dynamique des trous noirs et leurs conséquences à l’échelle galactique.
Un trou noir sous haute surveillance : l’inversion des champs magnétiques révélée
L’Event Horizon Telescope (EHT) n’en est pas à son premier exploit. Mais entre 2017 et 2021, ses antennes ont dévoilé une série de clichés inédits du trou noir M87*, distant d’environ 55 millions d’années-lumière.
Ce qui a frappé les observateurs, c’est l'évolution de la polarisation de la lumière autour de ce géant cosmique : les champs magnétiques semblent se retourner, passant d’une orientation à l’autre.
La spirale du trou noir M87* s'est inversée en quelques années seulement
(credit : EHT)
« Ce n’est pas un environnement statique, il change sur des échelles de temps courtes, bien plus rapidement que beaucoup de structures cosmiques », analyse Boris Georgiev, chercheur à l’Observatoire Stewart de l’Université d’Arizona.
En 2017, la polarisation suivait une spirale avant de se stabiliser en 2018. Mais en 2021, elle s'est radicalement inversée, défiant ainsi les modèles habituels. Ce phénomène intrigue : la taille de l’ombre du trou noir reste stable, conforme aux prédictions d’Einstein, mais ses abords sont tout sauf tranquilles.
Pourquoi ces « flips » magnétiques fascinent-ils autant les chercheurs ?
Le trou noir M87* est de type supermassif et son influence s’étend sur plus de 38 milliards de kilomètres. Il expulse un jet relativiste colossal à des vitesses proches de celle de la lumière.
Ce jet façonne la galaxie M87 en régulant la formation d’étoiles et la distribution d’énergie sur des centaines de milliers d’années-lumière. « Les champs magnétiques jouent un rôle déterminant dans la manière dont la matière tombe dans le trou noir et dans l’alimentation du jet », précise l’équipe du Max Planck Institute for Radio Astronomy.
L'image du trou noir M87* optimisée par intelligence artificielle
Le phénomène d’inversion magnétique ouvre donc des pistes inattendues. D’un côté, il remet en cause la stabilité des modèles théoriques sur la dynamique des jets et l’accrétion, de l’autre, il suggère une interaction complexe entre le trou noir et son environnement qui nous échappait jusque-là.
Des observations en rafale, des découvertes en cascade
Les progrès techniques de l’EHT, notamment l’ajout de nouveaux télescopes comme celui de Kitt Peak en Arizona et NOEMA en France, ont permis d’obtenir des images plus fines que jamais.
Ces avancées offrent pour la première fois des indices précis sur la zone d’émission à la base du jet. « L’amélioration de la calibration a littéralement dopé la qualité des données et la performance du réseau », analyse Sebastiano von Fellenberg, boursier à l’Université de Toronto. Résultat : la détection de signaux polarisés subtils et l’accès à des variations sur quelques jours – une révolution à l’échelle cosmique.
La matière environnante, soumise à ces champs magnétiques turbulents, orbite en une semaine seulement. Les prochaines campagnes d’observation de l’EHT pourraient produire de véritables « films » du trou noir, rendant perceptibles la dynamique de l’anneau lumineux et du jet.
L’impact de ces variations magnétiques sur la compréhension de l’Univers
Ces inversions magnétiques révèlent la complexité du trou noir M87* mais aussi la nécessité d’enrichir les modèles théoriques pour les prendre en compte. « Nous sommes à la limite de ce que nos modèles peuvent prédire », admet ainsi Paul Tiede du Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian.
Les chercheurs misent désormais sur la collaboration internationale et les innovations en radioastronomie pour décoder l’enchevêtrement des champs magnétiques et les mécanismes d'émission de jets.
La capacité à observer en continu et à très haute résolution les régions situées à l’horizon des événements marque un tournant. Il s’agit non seulement d’une prouesse technologique mais aussi d’une avancée majeure pour comprendre comment les trous noirs influencent l’évolution des galaxies.