Comme on pourrait l’imaginer d’une étoile massive et effondrée à l’intérieur de laquelle les lois de la physique semblent s’effondrer, les trous noirs occupent une place spéciale dans la culture humaine – suscitant toutes sortes de science-fiction créative, de théories de physique réelle créatives et de métaphores créatives. Pourtant, alors que nous sommes émerveillés par les corps astronomiques que les théoriciens ont d’abord appelés “étoiles sombres”, nous n’avons toujours pas été en mesure de visualiser le trou noir incroyablement massif qui se trouve au centre de notre propre galaxie et autour duquel tournent les autres étoiles de la galaxie.
Jusqu’à maintenant, en fait.
Les scientifiques de l’Event Horizon Telescope Collaboration (EHT) ont annoncé mardi qu’ils avaient coordonné huit télescopes synchronisés à travers le monde pour capturer une image de Sagittarius A*. Quatre millions de fois plus massif que notre propre soleil, Sagittarius A* a longtemps été considéré comme un trou noir supermassif, mais les experts ne pouvaient pas en être sûrs en raison des difficultés d’imagerie de cette partie du ciel avec une grande précision. La nouvelle image montre un anneau de lumière orange et dorée qui devient particulièrement brillant à trois endroits. Au centre, et de couleur noire, se trouve un trou légèrement en forme de haricot.
“Bien que nous ne puissions pas voir le trou noir lui-même, car il est complètement sombre, le gaz incandescent qui l’entoure révèle une signature révélatrice : une région centrale sombre (appelée ‘ombre’) entourée d’une structure annulaire brillante”, expliquent les astronomes dans un communiqué. L’un d’entre eux, le scientifique du projet EHT, Geoffrey Bower, de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de Taipei, a ajouté dans le communiqué : “Nous avons été stupéfaits de voir à quel point la taille de l’anneau correspondait aux prédictions de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Ces observations sans précédent ont considérablement amélioré notre compréhension de ce qui se passe au centre même de notre galaxie, et offrent de nouvelles perspectives sur la façon dont ces trous noirs géants interagissent avec leur environnement.”
La toute première image directe d’un trou noir a été obtenue en 2019, et a été l’aboutissement d’années d’astrophotographie et de recherche. Ce trou noir était le trou noir supermassif au centre de la galaxie M87, qui a une masse d’environ 6,5 milliards de soleils et se trouve à 50 millions d’années-lumière. Sagittarius A* n’est qu’à 27 000 années-lumière, bien plus près. Pourtant, en raison de sa position dans le ciel nocturne et de la clarté relative de son champ de vision, il était plus facile d’imager le trou noir d’une galaxie lointaine avant de voir le nôtre.
Il faut souligner que, si dans un sens nous voyons le trou noir, dans un autre sens le concept même de “voir” un de ces objets est absurde. Le terme “horizon des événements” est plus que le titre d’un film d’horreur classique de science-fiction de 1997. Il fait référence au seuil qui entoure chaque trou noir, et à travers lequel rien ne peut s’échapper. La force gravitationnelle est si forte que tout ce qui tombe dedans reste à jamais dans le trou noir.
Cela inclut naturellement la lumière elle-même. C’est pourquoi, pour “voir” un trou noir, on observe en réalité les objets qui gravitent autour de lui, parfois très près et très vite. Cela inclut le disque d’accrétion, l’accumulation de débris spatiaux – gaz et poussière – qui tourne autour de la plupart des trous noirs près de l’horizon des événements, générant une faible aura de lumière due à la chaleur de la collision et du mouvement.
“Une partie tombe à l’intérieur, une autre forme simplement ce disque autour du trou noir et cette substance brille”, a déclaré Seth Fletcher, le directeur de la recherche de l’Université d’Oxford. Scientific American qui a écrit un livre sur l’EHT, a récemment expliqué. “Le trou noir, à cause de la façon dont il déforme l’espace, le temps autour de lui, à cause de l’incroyable force de gravité, il projette une ombre contre cette matière lumineuse – et c’est donc en fait ce que nous voyons sur cette image.”
Dire qu’il s’agit d’une photographie à longue distance serait un euphémisme radical. Nous vivons dans une galaxie spirale barrée, ou une galaxie qui tourbillonne avec des bras ondulants et qui présente au milieu une structure en forme de barre composée en grande partie d’étoiles. Notre planète est située dans l’un de ces bras spiraux, et Sagittarius A* se trouve à 27 000 années-lumière. Cela signifie que si l’on voyageait à la vitesse de la lumière, il nous faudrait 27 millénaires pour atteindre Sagittarius A* depuis notre demeure céleste.
L’équipe de recherche de l’EHT qui a fait cette découverte a publié ses conclusions dans la revue scientifique The Astrophysical Journal Letters. En conclusion de l’annonce de leur découverte, ils ont noté que plus de 300 personnes du monde entier ont participé à cet effort, et l’EHT a d’autres ambitions.
Depuis ces observations, l’EHT a continué d’observer et d’accroître ses capacités par l’ajout de nouvelles stations, l’élargissement de la bande passante et l’introduction d’une fréquence plus élevée…”. “Les observations existantes et nouvelles avec l’EHT de Sgr A* et M87*, couplées aux innovations en matière d’analyse et de modélisation théorique, permettront de faire des découvertes dans ces laboratoires uniques pour la physique des trous noirs.”
Alors que les trous noirs qui pèsent au moins 4 fois la masse de notre soleil sont couramment créés dans les explosions de supernova d’étoiles massives, les trous noirs supermassifs comme Sagittarius A*, qui pèsent des millions ou des milliards de masses solaires, émergent différemment : soit par un processus bizarre de coalescence des gaz au début de l’univers ; soit lorsque des milliers de trous noirs stellaires fusionnent sur des milliards d’années ; soit une combinaison des deux. Les trous noirs supermassifs ont des propriétés uniques par rapport à leurs homologues beaucoup plus petits. Certains scientifiques avancent qu’en raison de la grande distance entre son horizon des événements et sa singularité centrale, si une personne tombait dans un trou noir supermassif, elle ne serait pas immédiatement étirée jusqu’à l’oubli par ses immenses forces de marée, comme elle le serait dans un trou noir ordinaire de 4 à 100 masses solaires. Au contraire, un observateur tombant dans un trou noir supermassif pourrait disposer de quelques heures ou plus avant d’être tué par la force de marée ; pendant ce laps de temps, s’il regardait à l’extérieur du trou noir et vers l’horizon des événements, il verrait les événements futurs dans l’espace proche se produire à un rythme hyperaccéléré, car le temps extérieur semblerait s’accélérer à mesure qu’il s’approche de la singularité. Malheureusement, cet observateur ne serait jamais en mesure de communiquer cette information, car il n’y a pas d’échappatoire.
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