Le 10 avril dernier, les équipes de l’Event Horizon Telescope (EHT) ont publié, pour la première fois, l’image d’un trou noir. Retour sur cet exploit et sur ces astres sombres de l’Univers…
C’est quoi un trou noir ?
Les trous noirs sont des astres mystérieux. Prédits par les théories de la relativité d’Einstein, ils ont fait l’objet de nombreuses spéculations et de travaux de recherche. Mais que sont ces objets célestes ?
Un trou noir est une sorte de puits sans fond. Tout ce que qui tombe à l’intérieur ne peut en ressortir, pas même la lumière. Par conséquent, ils n’émettent aucune lumière et ne sont détectables que par les effets induits sur leur environnement proche.
Ce dont les astrophysiciens sont sûrs, c’est que des trous noirs super-massifs peuplent les centres des galaxies. Ils sont le résultat d’un effondrement gravitationnel ultime et seraient nourris par la grande quantité de matière présente autour d’eux et qui franchirait le point de non retour.
Dans la Voie Lactée, une étoile intéressait énormément les astronomes. Il s’agit de l’étoile S2. Une orbite complète de cette étoile a pu être observée et les perturbations qu’elle subit ne laissent que peu de suspens sur la cause qui engendrait cela. Seul un objet très massif pouvait en être responsable.
Et pour cause ! Le trou noir central de notre galaxie possède une masse estimée à 4 millions de fois la masse du Soleil (soit 1,989 x 10*30 kg). A titre de comparaison, le Soleil est plus de 300 000 fois plus massif que la Terre. Mais certains trous noirs peuvent être bien plus massifs et peuvent atteindre quelques milliards de fois la masse de notre étoile.
Mais d’autres trous noirs, plus modestes mais plus nombreux, se cacheraient dans notre galaxie. Résidus d’étoiles super-massives, ces trous noirs sont dits « stellaires ». Pas de panique, le Soleil n’est pas assez massif pour finir sa vie en trou noir !
Jusque là, seules des simulations numériques donnaient une indication sur l’apparence de ces ogres célestes.
Le résultat de la simulation numérique opérée par Jean-Pierre Luminet. Source : CNRS
En 1979, l’astrophysicien français Jean-Pierre Luminet a publié pour la première fois, une image de ce à quoi pourrait ressembler un trou noir. Force est de constater que l’image produite par les équipes de l’EHT montre que Jean-Pierre Luminet était proche de la vérité.
Les équipes de l’Event Horizon Telescope sur le pont
Mais pour valider une théorie, il faut pouvoir y ajouter une observation. C’est le travail qui a été effectué par les équipes de l’EHT. Cette étude a fait l’objet d’une coopération internationale avec des scientifiques du monde entier. C’est un travail de plus de 2 ans qui s’est achevé, pour sa première partie, avec la publication, le 10 avril dernier, de la première image réalisée, d’un trou noir.
Pour pouvoir réaliser cette image, les astronomes ont utilisé la technique de l’interférométrie. Cette technique particulièrement performante, consiste à relier les observations de plusieurs appareils situés partout dans le monde, pour simuler un télescope dont le diamètre serait proche de celui de la surface terrestre. Ces télescopes se trouvaient en Espagne, aux Etats-Unis, au Mexique, en France, à Hawaï et même en Antarctique !
Ces observations n’ont pas été réalisées avec des télescopes classiques dotés de miroir, mais grâce à des antennes paraboliques capables de collecter des ondes bien particulières. La longueur d’onde utilisée (1,3 millimètre) correspondant aux micro-ondes.
Une très bonne explication de l’interférométrie est donnée sur le site de l’EHT. Imaginez un piano dont les touches sont cassées. Chaque télescope correspondant à une seule note. Plus vous avez de télescopes à disposition, plus vous aurez de notes et plus vous aurez de facilité à reconstituer la partition. Voici un exemple assez parlant :
https://www.youtube.com/watch?v=t5cSBmGkW3E#action=share
Ce n’est donc pas le trou noir central de notre Voie Lactée qui aura été imagé, mais celui de la galaxie M87, située à 53 millions d’années-lumière.
Le trou noir central de la galaxie M87. Source : EHT
Ce trou noir est l’un des plus massifs que l’on connaisse, avec près 6,5 milliards de fois la masse du Soleil. L’objectif n’était pas de voir le trou noir, puisque, par définition, il n’émet aucune lumière, mais plutôt de visualiser l’ombre projetée et son disque d’accrétion.
Justement, ce disque d’accrétion est bien visible sur l’image et donne une forme de donut à l’ensemble. Il est composé de matière, tombant dans le trou noir, chauffé à plusieurs milliers voire millions de degrés.
Les équipes de l’EHT ont bien essayé de saisir l’image du trou noir central de la Voie Lactée, malheureusement, celui-ci, même s’il est beaucoup plus proche de nous, est aussi beaucoup plus petit et présente des variations très fréquentes qui nécessitent une collecte de données beaucoup plus longue.
Car, il est important de le rappeler, tous les télescopes doivent être braqué dans le même temps sur la cible. Il faut donc saisir le bon moment !
Mais cela n’est pas perdu pour autant et les scientifiques tenteront l’expérience dans quelques mois. D’autres images seront également produites, avec une longueur d’onde plus courte, afin d’améliorer le rendu final.
La théorie de la relativité confirmée
Cette image peut paraitre anodine pour les plus novices, mais elle a une importance de taille puisqu’elle vient confirmer la théorie de la relativité d’Einstein. Il avait formulé, en 1915, une possibilité que les étoiles avaient de se contracter fortement pour ne plus rien laisser échapper, pas même la lumière. C’est ce qu’on appelle l’horizon des évènements.
Avec cette découverte de taille, Einstein peut rester tranquille, sa théorie de la relativité n’est pas prête d’être bousculée !
Pour aller plus loin sur les trous noirs, je vous conseille de regarder les différentes conférences d’Aurélien Barrau. Je vous joints également le lien de la conférence d’Eric Gourgoulhon, directeur de recherche au CNRS, lors de sa venue à Dijon en 2015 (conférence organisée par la Société Astronomique de Bourgogne)
https://www.sab-astro.fr/pour-le-public/conferences/88-10-11-15-trous-noirs.html#video
Enfin, voici quelques liens de livres récents sur le sujet, que vous retrouverez sur le site 😉
https://astrobook21.blog/2018/11/18/trous-noirs-et-espace-temps/
https://astrobook21.blog/2018/11/11/le-petit-livre-des-trous-noirs/
https://astrobook21.blog/2018/07/01/lunivers-a-portee-de-main-2/
Et sans oublier, bien sûr, le site de l’Event Horizon Telescope (EHT) qui vous donnera plein d’informations sur les trous noirs et sur le projet.
Les lectures de Léon 
Un commentaire sur “LUMIÈRE SUR LE TROU NOIR DE LA GALAXIE M87”