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Mai 2022

Astronomie  : pourquoi est-il si compliqué de produire une image d’un trou noir ?

mai 2022


Du 12/05/2022 par Margot Brunet pour MARIANNE.fr

En 2019, l’Event Horizon Telescope (EHT), un réseau de télescopes, publiait la première image d’un trou noir. Ce 12 mai, l’organisme fera « annonce révolutionnaire » à propos de notre galaxie, la voie Lactée. Il pourrait s’agir de l’image du trou noir situé en son centre, dont la visualisation est particulièrement complexe.

L’Event Horizon Telescope (EHT) récidive. En 2019, les chercheurs de ce réseau de télescopes avaient présenté en grande pompe la toute première image d’un trou noir, M87*, située au centre de la galaxie du même nom. Une annonce déjà révolutionnaire… Mais aussi une toute, toute petite déception : la communauté scientifique s’attendait à découvrir l’image d’un autre trou noir, Sagittaire A*. Ce dernier est situé au centre de notre galaxie, la Voie Lactée.

Trois ans plus tard, les scientifiques seraient-ils parvenus à réaliser ce cliché ? Le 28 avril, l’Observatoire austral européen (ESO) et l’Event Horizon Telescope (EHT) ont annoncé qu’ils présenteront ce 12 mai, au cours d’une conférence de presse, des « résultats exceptionnels ». Le communiqué de presse de l’ESO mentionne que leur annonce portera justement sur la Voie Lactée – or l’EHT sert précisément à capturer les trous noirs. Cette image de Sagittaire A*, comme celle de M87*, relèverait de la prouesse scientifique et technologique. Car les obstacles à la capture d’un trou noir sont de taille.

Des objets invisibles

Premier bémol : ils sont par définition… noirs, puisqu’aucune lumière ne s’en échappe. En effet, la gravité suppose que tous les objets s’attirent entre eux en fonction de leur masse et de la distance qui les sépare. C’est le célèbre mythe de la pomme de Newton : si on lâche le fruit, il tombe, attiré par la Terre, du fait de la gravité. Plus un objet est massif, plus il attire les autres : la gravité est plus faible sur la Lune que sur Terre. En revanche, en prenant de la vitesse, les corps parviennent à s’échapper de la gravité, et à s’éloigner de la Terre (ou de la Lune) : c’est le principe des fusées. Plus l’objet céleste (une planète, une étoile…) est massif, plus il faut aller vite pour s’en éloigner et contrer la gravité.

Justement, les trous noirs sont tellement massifs – ils concentrent en une très petite taille la masse d’objets bien plus grands – qu’il faudrait aller plus vite que la lumière pour s’en échapper. Or la relativité d’Einstein affirme que rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière. Ce qui suppose que rien ne peut sortir d’un trou noir, pas même un rayon lumineux.

Rien ne servirait donc de s’acharner à tenter de les voir directement. Pour réussir à les rendre visibles, les scientifiques se concentrent sur les alentours du trou noir. On y voit en effet un cercle lumineux, appelé disque d’accrétion. « C’est du gaz provenant d‘étoiles en train d’être avalé par le trou noir », explique Éric Lagadec, astronome et président de la Société française d’astronomie et d’astrophysique. La présence de ce disque de lumière avait permis à Jean-Pierre Luminet, un astrophysicien français, de produire en 1979 la première modélisation théorique d’un trou noir grâce à un ordinateur. Une dizaine d’années après, son homologue Jean-Alain Marck produisait une simulation vidéo encore plus précise. Premier défi relevé !

Mais pour passer de la représentation à la photographie, il faut franchir une seconde barrière : vu la distance de la Terre à laquelle ils sont situés, les trous noirs sont petits, tout petits. Il faut donc un très bon zoom pour réussir à capturer le disque d’accrétion qui les entoure. C’est pour cela que l’EHT a vu le jour. « Ce n’est pas un télescope, mais un réseau de télescopes, qui forme une sorte de super télescope », continue l’astronome. Il rassemble huit instruments situés à différents endroits de la planète : à Hawaï, au Mexique, en Arizona, dans le désert d’Atacama au Chili ou encore en Antarctique. S’ils existaient avant l’EHT, ce dernier permet de synchroniser leurs observations.

Quel intérêt ? « Plus un télescope est grand, plus il reçoit de lumière et voit des détails, explique Eric Lagadec. Or en combinant la lumière de deux instruments, sa taille devient équivalente celle qui sépare les deux télescopes ». Si 100 mètres les séparent, l’instrument virtuel qui résulte de la combinaison des observations de deux télescopes mesure alors 100 mètres. Et vu que ceux qui forment l’EHT sont situés un peu partout sur le globe, celui-ci mesure presque… la taille de la Terre. Ce qui lui permet de zoomer plus que n’importe quel autre. « Assez pour lire un journal à New York depuis un café à Paris », mentionne par exemple l’ESO. Ou une orange sur la Lune depuis la Terre. Voire une pièce d’un euro à un million de kilomètres. Largement de quoi offrir à l’humanité l’instrument adéquat pour commencer à chasser les trous noirs.

Il ne restait alors aux photographes du ciel qu’à se tourner vers le bon candidat : un trou noir qui soit suffisamment grand et proche pour que ce zoom superpuissant puisse s’intéresser à lui. C’est le cas de M87*. Si ce dernier est situé au centre d’une galaxie distante de la Terre de 50 millions d’années-lumière, il a une masse de 6,5 milliards de fois celle du Soleil. Ce qui en fait le trou noir gigantesque le plus proche de notre planète, et donc le plus accessible à capturer. L’image obtenue en 2019 par l’EHT montre ainsi la silhouette de M87 entourée de son disque d’accrétion. Plus que valider la simulation de Jean-Pierre Luminet et les prévisions d’Albert Einstein, elle permet de déterminer la masse et la taille du trou noir. Et constitue une preuve supplémentaire de l’existence des trous noirs.

Tremblote

Pourquoi, toutes ces connaissances en poche, n’avoir pas réussi à capturer Sagittaire A* ? Si ce dernier est beaucoup plus petit que M87*, avec 4,3 millions de masses solaires, il est aussi beaucoup plus proche, puisqu’il est situé dans notre galaxie. « Vus depuis la Terre, ils font tous les deux à peu près la même taille », avance Eric Lagadec. Sagittaire A*est donc accessible au zoom de l’EHT – là n’est pas le problème.

« Mais il y a énormément d’objets célestes entre nous et le centre de notre galaxie qui empêchent de bien le visualiser », argue l’astronome, ajoutant que Sagittaire A* est « variable ». Autrement dit, lorsque l’on cherche à le capturer, il « tremblote », un peu comme si l’on prenait une photo de quelqu’un qui court. « C’est difficile d’avoir une image nette », résume Eric Lagadec. Ce qui explique que nous ayons dû nous « contenter » de M87 il y a trois ans. Les scientifiques de l’EHT ont-ils réussi à franchir ce dernier obstacle ?

à suivre dans MARIANNE.fr

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