vignette matisse galaxie 022022 2Une équipe internationale de chercheurs lève le voile sur la localisation du trou noir central au cœur de la galaxie Messier 77. Ce travail a été possible grâce à l’avènement de l’instrument MATISSE construit en France pour le très grand interféromètre de l’observatoire européen austral (VLTI à l’ESO). L’équipe internationale, menée par l’Observatoire de Leiden, le laboratoire Lagrange (CNRS-UCA-OCA) et l'Observatoire de la Côte d’Azur, a réalisé une cartographie thermique de la poussière au cœur de la galaxie Messier 77, ce qui a permis de débusquer le trou noir super massif qui s’y dissimule.

Les noyaux galactiques actifs sont les sources compactes les plus brillantes de l’Univers. En leur centre, un trou noir de quelques millions à plusieurs milliards de masses solaires attire, comprime et surchauffe la matière au centre de la galaxie. L’énorme énergie lumineuse dissipée et les vents de poussière qu’elle entraine influencent l’évolution globale de la galaxie et la formation des étoiles en son sein. Le trou noir est un destructeur qui est aussi un créateur dont les mystères sont ceux de l’évolution de l’Univers.

Pendant toute la seconde moitié du 20e siècle, les galaxies de Seyfert, Quasars, Blazars et autres radiogalaxies ont constitué une grande énigme astrophysique. Puis un modèle unifié a montré que tous ces objets sont des galaxies actives, dominées par le même mécanisme global. Un trou noir central et son disque d’accrétion – le noyau actif de la galaxie - seraient entourés d’un tore de poussière dense. Les différentes classes seraient expliquées par l’angle sous lequel elles sont vues de la terre. De face elles révèlent les radiations caractéristiques du noyau actif alors que celui-ci est masqué par le tore de poussière quand elles sont vues par la tranche.

Le modèle unifié était remis en cause depuis peu. Les nouvelles données MATISSE sur la galaxie Messier 77 (appelée aussi NGC1068) publiées aujourd’hui par la revue Nature, le confortent au contraire. En effet, l’image obtenue, d’une finesse inégalée, révèle le tore de poussière au centre de la galaxie entourant le trou noir central. Les images de MATISSE alliées aux données de radiotélescopes permettent de localiser là où le trou noir se dissimule.

Ce résultat recentre par conséquent le débat scientifique de fond sur le modèle unifié des noyaux actifs de galaxies !

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La galaxie M77 et la toute nouvelle image de son noyau actif. Cette image est composite avec les parties les plus chaudes en bleu et les parties les plus froides en rouge. Les ellipses en pointillé indiquent la position du tore de poussière, légèrement incliné vers l’observateur, qui masque le trou noir et obscurcit la lumière émise dans le quadrant sud-ouest (en bas à droite) Note : l’image de droite est tirée de l’article Nature.

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Une vue d’artiste du cœur de M77. La source d’énergie est un trou noir super massif au centre. Il est entouré d’un disque d’accrétion lui-même entouré d’un tore de gaz et de poussière. Dans le cas de M77, ce tore masque l’environnement immédiat du trou noir et révèle le vent de poussière. Cette illustration montre aussi des jets relativistes observés par ailleurs.

MATISSE est un instrument mis à la disposition de l’ensemble des astronomes sur le très grand interféromètre européen. Il combine les 4 télescopes de 8,2 m en un seul « super télescope » infrarouge, le plus grand du monde

La technique d’interférométrie optique a été mise au point à l’Observatoire de Nice il y a 46 ans par Antoine Labeyrie.

MATISSE a été réalisé par un consortium international de plus d’une centaine de personnes dirigé et animé depuis l’UMR Joseph-Louis Lagrange (CNRS, Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur) et soutenu par l'INSU-CNRS.


L’équipe de l’UMR Lagrange (CNRS, UCA, OCA) est constituée de 8 chercheurs (dont 4 CNRS) et 12 ingénieurs (dont 7 CNRS). Au-delà de leur contribution à la conception, à la réalisation et à la mise au point de MATISSE, Romain Petrov (DR, CNRS), James Leftley (post-doc, UCA), Florentin Millour (AA, OCA), Anthony Meilland (CR, CNRS) et Bruno Lopez (A, OCA) ont joué un rôle particulier dans l’enquête complexe qui a permis de résoudre le puzzle des observations de Messier 77 avec nos collègues néerlandais de l’observatoire de Leiden qui étaient en charge de ce programme de recherche dans le consortium MATISSE. Romain Petrov et Anthony Meilland ont traité les données en bande N et validé leur calibration, Florentin Millour a réalisé la première reconstruction d’image qui a permis de sortir de l’impasse d’un ajustement de modèle basé sur une géométrie trop simple, James Leftley a validé les images reconstruites et leur interprétation par une approche indépendante et Bruno Lopez a apporté l’idée décisive sur la composition de la poussière qui a débloqué la conversion des images en cartes de température établies par Violeta Gamez, Jacob Isbell (MPIA Heidelberg) et James Leftley. Romain Petrov, Walter Jaffe et Violeta Gamez (doctorante et première autrice de cet article) ont pu alors montrer que description de la poussière confortait en fait le modèle unifié des AGNs.

Nous voudrions saisir l’occasion de ce communiqué de presse ESO sur un résultat majeur de MATISSE pour souligner le travail de l’équipe de l’UMR Lagrange qui a dirigé et animé le consortium international qui a conçu et réalisé cet instrument qui est en train de récolter sa première moisson de percées scientifiques majeures.

L’équipe de MATISSE a été dirigée par Bruno Lopez (Astronome, OCA, PI), Romain Petrov (DR, CNRS, Instrument Scientist, concept et commisioning), Pierre Antonelli (IR, UNS, Chef de Projet, retraité en 2018) et Stéphane Lagarde (Ingénieur Système puis Chef de Projet) avec Philippe Berio (IR, CNRS) et Florentin Millour (Astronome Adjoint, OCA), responsables du logiciel de traitement des données et de reconstruction d’image, Anthony Meilland (CR, CNRS, traitement temps réel), Alexis Matter (Astronome Adjoint, OCA, évaluation des performances et ‘exposure time calculator’), Pierre Cruzalèbes (CR, CNRS, commissioning et calibration), Sylvie Robbe-Dubois (MdC, UNS, opto-mécanique et intégration), Fatmé Allouche (IE, UNS, pilotage et traitement des données), Yves Bresson (IE, CNRS, étude optique), Christophe Bailet (IE, UNS, étude mécanique), Jean-Michel Clausse (IE, CNRS, retraité en 2017), Yann Fanteï Caujolle et Sylvain Rousseau (IE et IR, CNRS, contrôle instrumental), Aurélie Marcotto (IE, OCA, intégration). L’équipe de chercheurs basée à Nice ainsi qu’Eric Pantin (Chercheur CEA-Saclay), Jean-Charles Augereau (Astronome à Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble), fait partie d’un groupe scientifique international qui a pour rôle la préparation des programmes d’observation. A cela il faut ajouter le soutien des services généraux de l’OCA et du laboratoire J.-L. Lagrange particulièrement via son Directeur Philippe Stee et les personnes impliquées dans les activités suivantes : services informatiques, atelier mécanique, salles blanches, administration. Nous remercions la Ville de Nice ainsi que le Consulat Général du Chili à Paris pour leur soutien concernant les formalités de notre mission la plus récente. Une pensée émue va à nos collègues Michel Dugué (IR) et Olivier Chesneau (Astronome) qui nous ont quittés avant la fin de l’aventure, mais dont le souvenir nous accompagne.


Référence

« Thermal imaging of dust hiding the black hole in NGC 1068 », Nature, le 16 février 2022.

Contacts

Bruno Lopez, astronome, MATISSE Principal Investigator, laboratoire Lagrange (CNRS-UCA-OCA), Nice, France.
Tél. : +33 4 92 00 30 11 - Courriel :

Romain Petrov, directeur de recherche CNRS, MATISSE Instrument Scientist, laboratoire Lagrange (CNRS-UCA-OCA), Nice, France.
Tél. : +33 4 89 15 03 43 - Courriel :

Stéphane Lagarde, ingénieur CNRS, MATISSE Project Manager, laboratoire Lagrange (CNRS-UCA-OCA), Nice, France.
Tél. : +33 4 89 15 03 30 - Courriel :

Florentin Millour, astronome adjoint, MATISSE Imaging, laboratoire Lagrange (CNRS-UCA-OCA), Nice, France.
Tél. : +33 4 89 15 03 59 - Courriel :