Les trous noirs gardent leurs secrets à portée de main. Ils emprisonnent à jamais tout ce qui entre. La lumière elle-même ne peut échapper à l’attraction affamée d’un trou noir.
Il semblerait donc qu’un trou noir soit invisible et qu’il soit impossible de le photographier. Une grande fanfare a donc accompagné la diffusion en 2019 de la première image d’un trou noir. Puis, au printemps 2022, les astronomes ont dévoilé une autre photo de trou noir, cette fois celle au centre de notre propre Voie lactée.
L’image montre une goutte orange en forme de beignet qui ressemble remarquablement à l’image précédente du trou noir au centre de la galaxie Messier 87. Mais le trou noir de la Voie lactée, Sagittarius A*, est en fait beaucoup plus petit que le premier et a été plus difficile à voir, car il fallait regarder à travers le disque brumeux de notre galaxie. Ainsi, même si les observations de notre propre trou noir ont été menées en même temps que celles de M87, il a fallu trois années supplémentaires pour créer l’image. Cela a nécessité une collaboration internationale de centaines d’astronomes, d’ingénieurs et d’informaticiens et le développement d’algorithmes informatiques sophistiqués pour reconstituer l’image à partir des données brutes.
Ces « photos » ne montrent bien sûr pas directement un trou noir, défini comme la région de l’espace à l’intérieur d’une barrière de point de non-retour connue sous le nom d’horizon des événements. Ils enregistrent en fait des portions de la galette plate de plasma chaud tourbillonnant autour du trou noir à grande vitesse dans ce qu’on appelle le disque d’accrétion. Le plasma est composé de particules chargées de haute énergie. Alors que le plasma tourne en spirale autour du trou noir, ses particules en accélération émettent des ondes radio. L’anneau orange flou vu sur les images est une reconstruction élaborée de ces ondes radio capturées par huit télescopes dispersés autour de la Terre, collectivement connus sous le nom de Event Horizon Telescope (EHT).
La dernière image raconte l’histoire du voyage épique des ondes radio depuis le centre de la Voie lactée, fournissant des détails sans précédent sur le Sagittaire A*. L’image constitue également « l’une des preuves visuelles les plus importantes de la relativité générale », notre meilleure théorie actuelle de la gravité, explique Sera Markoff, astrophysicienne à l’Université d’Amsterdam et membre de la collaboration EHT.
L’étude des trous noirs supermassifs tels que le Sagittaire A* aidera les scientifiques à en savoir plus sur la façon dont les galaxies évoluent au fil du temps et comment elles se rassemblent en vastes amas à travers l’univers.
Du noyau galactique
Sagittarius A* est 1 600 fois plus petit que le trou noir de Messier 87 qui a été photographié en 2019 et est également environ 2 100 fois plus proche de la Terre. Cela signifie que les deux trous noirs semblent avoir à peu près la même taille dans le ciel. Geoffrey Bower, scientifique du projet EHT à l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica à Taïwan, affirme que la résolution requise pour voir le Sagittaire A* depuis la Terre est la même que celle requise pour prendre une photo d’une orange à la surface du Lune.
Le centre de notre galaxie est à 26 000 années-lumière de nous, de sorte que les ondes radio collectées pour créer cette image ont été émises à peu près au moment où l’un des premiers établissements humains permanents connus a été construit. Le voyage des ondes radio a commencé lorsqu’elles ont été émises pour la première fois par des particules dans le disque d’accrétion du trou noir. Avec une longueur d’onde d’environ 1 mm, le rayonnement s’est déplacé vers la Terre relativement sans être perturbé par le gaz et la poussière galactiques intermédiaires. Si la longueur d’onde était beaucoup plus courte, comme la lumière visible, les ondes radio auraient été diffusées par la poussière. Si la longueur d’onde était beaucoup plus longue, les ondes auraient été courbées par des nuages de plasma chargés, déformant l’image.
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