LESIA - Observatoire de Paris

Observation en proche infrarouge du trou noir au centre de notre galaxie

jeudi 13 janvier 2011, par Yann Clénet

Le centre de notre galaxie est connu pour abriter en son coeur une puissante radio-source, Sgr A*, découverte en 1974 par Ballick et Brown. Depuis trois décades, la compréhension de la nature exacte de cette source a motivé d’intenses recherches dans une large gamme de longueurs d’onde : infrarouge, rayons X, submillimétrique, etc. Très tôt il a été proposé que Sgr A* pourrait être un trou noir supermassif de plusieurs millions de masses solaires. Cette hypothèse s’est vue confirmée récemment par l’observation du centre de la galaxie avec le système d’optique adaptative NAOS dans les longueurs d’onde infrarouge. Nous résumons ci-dessous l’analyse des données ayant permis ce résultat.

L’étalonnage des données

Les données des observations du Centre Galactique avec la caméra CONICA équipant le système d’optique adaptative NAOS consistent en des séries d’images enregistrées à travers un filtre dans une gamme de longueurs d’onde centrée autour de 2,2 microns. A ces longueurs d’onde infrarouge, le signal astrophysique est noyé dans le flux infrarouge émis par l’atmosphère. Une des étapes du traitement de données consiste donc à soustraire ce signal atmosphérique pour n’extraire que le signal d’intérêt.

Par ailleurs, la réponse des détecteurs infrarouges à un signal lumineux n’est pas uniforme sur l’ensemble de l’image car les pixels formant le détecteur n’ont pas tous la même sensibilité et certains peuvent même être défectueux. La correction de ces effets s’appelle "la correction de champ plat".

Corriger de ces deux effets (fond du ciel et champ plat) sont les deux corrections minimales à effectuer. Suivant les études menées à partir de ces images et les précisions requises des informations extraites de ces images, d’autres corrections peuvent s’avérer nécessaires : correction de la distorsion des images pour des mesures astrométriques précises, étalonnage en flux pour étudier les variations photométriques des sources observées sont deux corrections supplémentaires qui ont été appliquées dans le cas des études du Centre Galactique.

Images infrarouges du Centre Galactique observé avec NAOS-CONICA
Images infrarouges du Centre Galactique observé avec NAOS-CONICA

A gauche, image brute sans traitement : les points brillants sont des étoiles et les tâches des défauts de réponse du détecteur. Au centre : image après correction de l’émission du fond de ciel. A droite : image après correction de champ plat

L’analyse des données

L’étude, menée par des collègues allemands du MPE auxquels ont été associés des chercheurs du LESIA, qui a permis de conclure de façon quasi-définitive à l’existence d’un trou noir au centre de notre galaxie a consisté à réaliser une analyse astrométrique, avec un suivi sur plusieurs années de la position des étoiles autour de Sgr A*. Une étoile a plus particulièrement attiré l’attention : il s’agit de l’étoile appelée "S2", qui est passée en 2002 à environ 17 heures-lumière de Sgr A* (moins de trois fois la distance Soleil-Pluton !) à quelques 5000 km/s ! Grâce à la précision des mesures astrométriques offertes par l’optique adaptative et NAOS, le volume dans lequel sont "enfermés" les quelques millions de masses solaires centrales s’est retrouvé réduit d’un facteur de plus de cent par rapport aux précédentes études : le seul modèle viable d’une telle densité centrale est un trou noir !

Image du communiqué de presse de l'ESO sur le trou noir au centre de la (...)
Image du communiqué de presse de l’ESO sur le trou noir au centre de la Galaxie

A gauche : l’image étalonnée du Centre Galactique observé avec NACO. La position de Sgr A* est indiquée par une croix, quasiment coïncidente avec celle de S2. A droite : les positions de S2 mesurées entre 1992 (avec d’autres instruments infrarouges) et 2002, superposées au modèle d’orbite associé. Source : http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2002/pr-17-02.html