Astronomies

la première image d’un trou noir

Le télescope Event Horizon lance la toute première image à trous noirs
Après des décennies de théorie sur la possibilité d’attraper une image de trou noir, les astronomes ont finalement réussi. Les résultats offrent de nouvelles perspectives sur les objets mystérieux.

The first ever image of a black hole shows the supermassive black hole in the heart of galaxy M87.
Event Horizon Telescope Collaboration

Mercredi, les astronomes ont dévoilé la première image jamais prise d’un trou noir, mettant un terme à un effort qui a duré des décennies. L’image iconique offre à l’humanité son premier aperçu du gaz et des débris qui tourbillonnent autour de son horizon événementiel, le point au-delà duquel la matière disparaît à jamais. Un objet favori de la science-fiction est enfin devenu réalité à l’écran.

Leur cible était une galaxie voisine surnommée M87 et son trou noir supermassif, qui renferme la masse de six milliards et demi de soleils. Malgré sa taille, le trou noir est si loin de la Terre – 53 millions d’années-lumière – qu’il a fallu un télescope de la taille de la planète pour capturer cette image.

Cette réalisation monumentale n’a été possible que grâce au télescope Event Horizon (EHT). Les données d’image ont été reprises en 2017, mais les scientifiques ont passé deux ans à les reconstituer. C’est parce que l’EHT est composé de huit observatoires indépendants dispersés dans le monde entier, qui coopèrent ensemble pour agir comme un énorme détecteur. Shep Doeleman, directeur de l’EHT, a annoncé lors de la conférence de presse d’aujourd’hui, “Nous sommes ravis de vous annoncer aujourd’hui que nous avons vu ce que nous pensions être invisible.” Les chercheurs ont fait leur grande annonce simultanément dans sept pays différents ce matin, accompagnés d’une série d’articles scientifiques publiés en même temps dans The Astrophysical Journal Letters.

Une image de trou noir impossible
Les trous noirs sont si massifs et denses que même la lumière ne peut échapper à leur attraction. On les appelle souvent des singularités, ou des sources ponctuelles, parce qu’elles n’occupent pas d’espace réel. Mais cette singularité mystérieuse est entourée par la sphère de son horizon événementiel. Et tout ce qui passe par là est condamné à tomber dans le trou noir, sans espoir de s’échapper. Cela signifie que le trou noir lui-même est littéralement sombre – il ne réfléchit ni n’émet aucune lumière. Il n’y a donc rien à photographier, quelle que soit l’avancée de la technologie. Dans l’image du télescope Event Horizon, il apparaît simplement comme une tache noire centrale, ou ce que les astronomes appellent souvent “l’ombre” du trou noir.

Télescope Event Horizon : Comment cela fonctionne-t-il ?

Feryal Özel est astrophysicien à l’Université de l’Arizona et collaborateur EHT. Elle explique l’ombre comme le trou noir qui absorbe la lumière autour de lui. La lumière provient du gaz chaud qui tourbillonne autour d’elle et se réchauffe en tombant dans le trou noir. “Ainsi, nos télescopes sont capables de capter la lumière tant qu’elle ne vient pas du voisinage immédiat du trou noir, mais juste à l’extérieur “, dit Özel. “Quand la lumière tombe dans l’horizon des événements, cette partie est sombre sur l’image. Que l’ombre soit le mot parfait ou non, elle imprime cette obscurité sur l’émission environnante.”

Prendre une image d’une ombre où un trou noir devrait exister ne semble pas extraordinaire, mais les trous noirs n’existent pas non plus à proprement parler – du moins pas partout où les scientifiques les attendent, comme dans les centres de la plupart des grandes galaxies. Et voir cette ombre confirme que c’est vraiment un trou noir, dit Özel.

Comme un tourbillon, le matériau qui s’enroule autour d’un trou noir est généralement plat. Les scientifiques appellent ça un disque d’accrétion. Et ces disques d’accrétion peuvent s’étendre sur de grandes distances et émettre une énergie incroyablement brillante qui brille à travers le cosmos. Mais capturer ces balises, c’est comme photographier un champignon nuageux lors d’une explosion atomique, alors que la vraie science se passe au niveau des atomes au cœur de l’explosion. Les scientifiques ont longtemps voulu voir à l’intérieur du disque où le matériau disparaît dans le trou noir. Avant l’ISE, ce niveau de détail leur avait échappé.

Pourquoi le télescope Event Horizon a mis autant de temps à détecter un trou noir

Parfois, ce tourbillon semi-chaotique de matériau de disque d’accrétion entre en collision avec lui-même, projetant la matière dans des jets qui s’étendent sur des milliers d’années-lumière et voyagent presque à la vitesse de la lumière. Et les astronomes ont déjà photographié les jets du M87 à l’aide d’instruments plus conventionnels, comme le télescope spatial Hubble.

Mais la cause exacte de ces vitesses extrêmes reste incertaine. Les scientifiques disent que les champs magnétiques sont les principaux suspects. “Nous pensons que c’est la rotation du trou noir qui interagit avec le champ magnétique qui cause les jets, mais nous n’en avons pas la preuve “, dit Özel.

L’imagerie de la zone centrale du trou noir devrait en donner la preuve. “Si nous voyons des images ressemblant à des jets ou quoi que ce soit qui y est associé, je pense que cela augmente notre confiance que les jets se forment très près du trou noir “, ajoute Özel.

En plus des jets, l’étude du tourbillon de matériaux près de M87 donne aussi aux astronomes le poids le plus précis qui soit pour ce trou noir monstre, l’un des plus massifs de l’univers connu. Les astronomes peuvent peser le trou noir au centre de notre Voie Lactée, appelé Sagittaire A* (prononcé A-star), en observant les mouvements des étoiles individuelles qui se déplacent autour de son périmètre. Mais le trou noir de M87 est beaucoup plus loin, et l’échelle est également plus floue. Cela a conduit à des désaccords sur sa masse. “Il y a deux mesures divergentes, dit Özel. “Notre incertitude est bien inférieure à la différence entre ces deux mesures.


Clockwise from top: Andrew A. West, UC Berkley/Radio Astronomy Lab; University of Arizona/David Harvey. Used with permission; Ewan O’Sullivan; Iztok Boncina/ESO; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C. Padilla; Sean Goebel; Joint Astronomy Centre; Sean Goebel

L’observatoire du trou noir
Les huit observatoires partenaires du Télescope Event Horizon sont espacés dans le monde entier et reliés entre eux par un processus appelé interférométrie. En fait, certains de ces observatoires individuels, comme le grand réseau millimétrique massif d’Atacama, ou ALMA, sont eux-mêmes des interféromètres, des réseaux de télescopes répartis sur plusieurs kilomètres. L’interférométrie a pour but de créer un télescope doté d’une énorme zone de captage à partir de nombreux télescopes plus petits. Cela augmente la résolution de la configuration finale des observatoires.

Mais l’interférométrie comporte aussi des compromis. Il manque de l’espace entre chaque instrument – et beaucoup dans le cas de l’ISE. Cela diminue la fidélité de l’image ou la précision avec laquelle l’image peut recréer l’objet original. Les astronomes utilisent le fait qu’ils ont une certaine idée de ce à quoi devrait ressembler un trou noir pour réduire les possibilités.

Une autre complication est simplement la logistique du déplacement d’une telle quantité de données. Chaque station prend des données sur une gamme de longueurs d’onde, ce qui entraîne des quantités massives d’informations, jusqu’à 5.000 heures de fichiers musicaux mp3 – trop de choses à transmettre. Par exemple, pour transporter les données du télescope du pôle Sud, les scientifiques ont dû attendre le printemps de l’Antarctique, lorsque les avions ont finalement recommencé à voler. Une palette d’expédition remplie de disques durs a dû être renvoyée dans l’hémisphère Nord, où l’analyse des données a été effectuée dans les centres de traitement du Max Planck Institute à Bonn, en Allemagne, et de l’Observatoire MIT-Haystack à Westford, au Massachusetts. Là, les données ont été corrélées ou appariées entre les sites d’observation. Et chaque télescope voit un angle différent sur le ciel, de sorte qu’ils observent à des moments différents. Cela signifie que les données doivent être appariées précisément pour produire une image unifiée.

“Le calibrage et le travail a pris de nombreux mois “, explique M. Özel. “Et à la fin, nous le synthétisons en une seule image. Et puis nous passons encore six mois à nous inquiéter de tout ce que vous avez fait de mal et à vous poser de plus en plus de questions, jusqu’à ce que finalement, vous puissiez être certain que ce que vous avez est réel.”
L’avenir est clair
L’image d’aujourd’hui n’est que la première image que les astronomes attendent de l’EHT. L’autre cible principale de l’observatoire est le trou noir au centre de la Voie Lactée, le Sagittaire A*. Bien qu’il soit 1 000 fois plus proche que le M87, il est aussi environ 1 000 fois plus petit, de sorte qu’il nécessite la même quantité de puissance d’observation. Mais parce qu’il est plus petit, le matériau tourbillonnant autour de son horizon d’événements se déplace beaucoup plus rapidement, complétant un circuit toutes les quelques minutes, au lieu de quelques jours pour encercler M87. “Ça rend le Sagittaire A* plus dur”, admet Özel.

De plus, les astronomes qui visent le Sagittaire A* doivent regarder à travers le disque de la galaxie, et sont sujets à plus de poussière et autres matériaux interférents. Mais ils s’attendent toujours à publier des images du trou noir de notre galaxie dans un proche avenir.

Encore plus excitantes sont les images répétées de M87 et d’autres trous noirs à venir. En observant comment le trou noir change ou ne change pas avec le temps, les astronomes peuvent en apprendre davantage sur les caractéristiques stables du trou noir et voir comment la matière disparaît au-delà de l’horizon des événements.

David Schmidt

David SCHMIDT

Journaliste reporter sur Davidschmidt.fr. Chroniqueur radio sur Form.fr.

Articles similaires

Donnez-nous votre avis sur cette article !

Bouton retour en haut de la page