PREMIÈRE IMAGE TÉLESCOPIQUE D'UN TROU NOIR

Prédits dans le cadre de la théorie de la relativité générale, les trous noirs sont certainement les objets les plus mystérieux du cosmos. En raison de leur nature même de pièges à matière et à lumière, ils ne sont pas directement observables. Si les effets indirects qu’ils induisent sur leur environnement proche (gaz et étoiles en orbite) permettaient d’en détecter un certain nombre, leur aspect ne pouvait être représenté que par des calculs mathématiques et des simulations numériques.

Mais, en 2019, tout a changé : lors d’une conférence de presse mondiale donnée le 10 avril, la collaboration du réseau international de radiotélescopes EHT (Event Horizon Telescope) a dévoilé la première image obtenue d’un trou noir géant situé au centre de la lointaine galaxie M87, sous forme d’un œil noir couronné d’un anneau de lumière jaune orangé, flou et asymétrique. Il s’agit d’une nouvelle aussi importante que celle de la détection, en 2015, des premières ondes gravitationnelles émises par deux trous noirs en train de fusionner.

Une prouesse technologique

Utilisant les techniques bien éprouvées de l’interférométrie à très longue base (Very Long Baseline Interferometry ou VLBI), l’EHT combine la puissance de résolution de divers radiotélescopes dispersés à travers le monde afin d’obtenir un télescope virtuel géant du diamètre de la Terre (plus le télescope est grand, plus il observe de détails). Cela lui permet d’atteindre une résolution angulaire de 50 microsecondes d’arc, équivalente à l’angle infinitésimal sous lequel nous verrions à l'œil nu une pomme posée sur la Lune. Le premier objectif de l’EHT est d’observer deux trous noirs supermassifs : Sagittarius A*, situé au centre de la Voie lactée (notre Galaxie), et M87*, localisé au centre de la galaxie elliptique M87. Cette dernière se trouve à 55 millions d’années-lumière de la Terre, soit 1 000 fois plus loin que le centre de notre Voie lactée, mais son trou noir central est 1 500 fois plus massif (6,4 milliards de masses solaires contre 4,1 millions). Comme le diamètre physique d’un trou noir est proportionnel à sa masse, ces deux objets vus de notre planète ont à peu près la même taille angulaire (taille apparente) et sont alors les seuls trous noirs accessibles à la résolution de l’EHT.

La surface d’un trou noir – limite au-delà de laquelle tout reste piégé sans espoir de retour – s’appelle l’horizon des événements. Cette sphère immatérielle, d’un noir absolu, ne peut se voir que par contraste sur un fond lumineux. Or, les théoriciens avaient imaginé que le gaz chaud qui s’enroule autour d’un trou noir juste avant d’être « avalé » par ce dernier fournit un écran naturel sur lequel se dessine sa silhouette. Par exemple, le trou noir M87* est accompagné d’un flot de gaz qui l’entoure à la manière d’un épais disque (un tore) tournant et s’échauffant de plus en plus au fur et à mesure qu’il s’approche de l’horizon des événements.