Le trou noir supermassif de M87, imagé pour la première fois, est six milliards de fois plus massif que notre soleil. Crédit image - Collaboration EHT

Dans une photo: «On sait maintenant à quoi ressemble un trou noir»

Chercheurs de trou noir sur ce que l'image signifie pour eux.

par Jonathan O’Callaghan

La toute première image d'un horizon d'événements - la limite gravitationnelle d'un trou noir au-delà duquel la lumière ne peut s'échapper - a été révélée le 10 avril et constitue la meilleure preuve à ce jour de l'existence de ces phénomènes. Il résulte d'une collaboration mondiale de centaines de scientifiques, utilisant plusieurs télescopes à travers le monde pour capter les ondes radio haute fréquence émises par la matière attirée par l'horizon des événements.

Nous avons parlé aux Dr Heino Falcke, Luciano Rezzolla et Michael Kramer, chercheurs du projet européen BlackHoleCam - qui faisait partie de la collaboration mondiale Event Horizon Telescope (EHT) - sur ce que l’image représente pour eux, pour les trous noirs et pour La théorie de la relativité d'Einstein.

Dr Heino Falcke, Université Radboud de Nimègue, Pays-Bas

«C’est le bord ultime de l’espace et du temps»

Selon le Dr Falcke, le résultat ouvre une décennie d'études sur les trous noirs comme jamais auparavant. Crédit image - Dirk Vos

Ce fut un voyage émotionnel, je dois dire. Cela a commencé quand j'étais doctorant et j'ai découvert que, à certaines fréquences radio, vous auriez un rayonnement venant de près de l'horizon des événements (d'un trou noir). C'était au début des années 1990. Nous avons publié un article selon lequel il est possible d'observer l'ombre d'un trou noir à l'aide de la technologie actuelle, cette technologie d'interférométrie à très longue base (VLBI) que nous utilisons actuellement. C'était autour de 2000. En fait, j'ai dit avec audace que nous pouvions faire cela dans 10 ans et qu'il nous fallait maintenant 19 ans. Donc, j'ai été divisé par deux! Mais nous l'avons fait.

J'ai vu beaucoup de belles images de ce à quoi devrait ressembler un trou noir. La plupart d’entre eux ont un meilleur rendu que l’image réelle, mais cette toute première image, vous la voyez et vous vous dites: "Waouh, ça ressemble vraiment à ça". C'était un moment presque émotionnel.

Je suis un pasteur laïc. Je suis ordonné dans une église protestante, je fais des offices, mais je ne suis pas un professionnel. Je parle aux gens de la science et de la religion et pour moi ce sont des choses naturelles qui vont ensemble. Cela a aidé avec la science en fait. En tant qu’enfant, j’ai réfléchi à ce qui se cache derrière l’univers, à ce qui se cache derrière le ciel et au début. Que se passe-t-il avant le Big Bang?

(Dans cette expérience), tout était presque parfait. Personnellement, je ne m'attendais pas à ce que nous arrivions à un tel résultat si tôt. J'étais endormi pour cinq ans de sang, de sueur et de larmes. C’était deux ans de sang, de sueur et de larmes, mais c’était des années intenses. Cela a fonctionné (observation du trou noir) presque dès le premier jour (en avril 2017), mais il a fallu un an de plus pour réduire et analyser les données. En été 2018, nous avons réalisé les premières images, puis en avril 2019, nous les avons publiées.

Je pense que cela pourrait être le début d'une nouvelle ère passionnante. Pour la première fois, nous voyons l'horizon des événements et nous pouvons également étudier la relativité et la relativité générale à une échelle jamais possible auparavant. Cette décennie est vraiment la décennie de l’étude des trous noirs comme jamais auparavant. Nous avons toujours su qu'ils devraient être là, c'étaient des concepts théoriques. C'est le bord ultime de l'espace et du temps.

Tout ce que nous voyons correspond parfaitement à la prédiction donnée par la relativité. (Stephen) Hawking aurait probablement eu la même réaction que moi, ayant pensé à ces choses théoriquement. Cela aurait été absolument un moment d'émotion, mais il est mort un peu trop tôt pour le voir. Einstein devait en réalité se débattre avec le concept d'horizon des événements, et penser que c'était en réalité une chose réelle dans l'univers, cela lui aurait été complètement ahurissant.

Dr Luciano Rezzolla de l'Université Goethe de Francfort en Allemagne

«Ce projet témoigne de la capacité humaine à travailler ensemble»

M. Rezzolla dit que la capture de l'image ne pourrait se faire qu'avec plusieurs radiotélescopes situés à différents endroits de la Terre. Crédit image - J. Lecher, Université Goethe

Les télescopes que nous avons utilisés sont des radiotélescopes, qui collectent les ondes radio. Malheureusement, un trou noir est très petit et les trous noirs que nous observons sont très éloignés de nous, soit au centre de notre galaxie, soit au centre d'une galaxie proche. Ce que vous voulez, c'est pouvoir voir les images du centre même de ces objets et pour cela, vous avez besoin d'une résolution élevée.

Même les plus grands télescopes que nous avons sur Terre ne seraient pas suffisants. La résolution dont nous avons besoin vous permettrait de voir une orange à la surface de la lune. Donc, si vous ne pouvez pas construire un télescope de plus de quelques centaines de mètres, vous pouvez peut-être assembler deux télescopes très éloignés et imaginer qu’ils ne forment qu’un seul télescope?

Il s’agit de l’interférométrie radio et la technique que nous avons utilisée est appelée interférométrie très longue base (VLBI). L'idée est de prendre deux télescopes et de les mettre aussi éloignés que possible, par exemple un au pôle Sud et l'autre en France, et de s'assurer qu'ils observent la même source exactement au même moment.

Vous pouvez faire encore mieux que cela en ayant plus de deux télescopes. Nous avons observé avec huit simultanément, de sorte que lors de la rotation de la Terre, il y en a trois ou quatre qui pointent toujours vers la bonne source. Et puis vous devez rassembler (les données). Cela peut sembler une étape anodine, mais c’est une étape qui nous a coûté beaucoup de temps. Vous ne pouvez pas simplement transférer ces données par Internet (parce qu’il y en a tellement), vous devez donc prendre les données sur des disques durs et les envoyer sur différents continents.

Nous avons construit une image qui, selon nous, correspond à ce que nous attendions d'un trou noir incurvé de la relativité générale. Einstein a formulé cette théorie qui fournit des informations très simples sur ce type de phénomène. La source est M87, une galaxie proche de nous. Il est environ 1 000 fois plus grand que le trou noir au centre de notre galaxie.

Je suis un passionné de la navigation et il y a environ un an, je parcourais l'Atlantique d'est en ouest. Et j’ai eu l’occasion très agréable de regarder le ciel dans une lumière non contaminée, aussi contaminée que possible. On se sent vraiment très petit et on a de la chance d'être sur cette planète.

Ce projet témoigne de la capacité humaine à travailler ensemble. Les humains ont toutes sortes d’aspects difficiles, mais il est agréable de voir que la passion pour la science et le savoir peut briser tous ces points de vue à courte vue et centrés sur eux-mêmes, et peut pousser et motiver des centaines de personnes à travailler ensemble pour obtenir un résultat plus grand que chacun de nous.

À notre avis, ce financement nous permettrait de prendre la première image d’un trou noir et cette image figurerait dans tous les manuels. J'espère que c'est ce qui va se passer. Nous savons maintenant à quoi ressemble un trou noir.

Dr Michael Kramer, Institut Max Planck de radioastronomie, Allemagne

"Les livres d’histoire seront divisés en deux parties: le temps avant et après l’image."

Dr Kramer dit que cette image est notre meilleure preuve à ce jour que les trous noirs existent vraiment. Crédit image - NARIT

Les trous noirs ont une histoire en dents de scie. Ils ont été proposés comme une conséquence de la relativité générale, mais le concept de trous noirs est beaucoup plus ancien et remonte au 18ème siècle. Et même si la solution existait, il existait des problèmes théoriques pour comprendre l'espace-temps proche de l'horizon des événements. Il n'y avait aucune preuve d'observation pour les trous noirs essentiellement jusque dans les années 1960.

Puis, avec la découverte des quasars (matériau surchauffé tourbillonnant autour d'un trou noir) et des binaires à rayons X (étoile à neutrons ou matériau aspirant un trou noir d'une étoile), des trous noirs sont soudainement devenus nécessaires (pour les expliquer). Nous avions besoin d’un moyen très énergique de convertir l’énergie en rayonnement si fort que nous pouvons toujours le voir à de très très grandes distances.

Notre meilleure preuve suivante vient d'observations de soi-disant étoiles S en orbite autour d'un objet massif situé au centre de notre galaxie. Cet objet n'a pas été vu, mais vous pouvez calculer la masse, dans ce cas environ 4 millions de masses solaires. Et il s'avère que la meilleure preuve semble être un trou noir supermassif.

Ensuite, bien sûr, LIGO (l'observatoire d'interféromètres laser à ondes gravitationnelles) est arrivé (qui a détecté la fusion de trous noirs via des ondes gravitationnelles), et c'était de loin la meilleure preuve que nous ayons jusqu'à présent de l'existence de trous noirs. L'idée du télescope Horizon événementiel est donc que, pour la première fois, nous voyons une ombre (d'un trou noir). Il existe certaines caractéristiques uniques que seul un horizon d'événements produira, comme un anneau lumineux de photons piégés avant qu'ils ne soient plongés dans l'horizon des événements. Et c’est ce que nous voyons.

La qualité des données ne ressemble pas à celle que nous avons pu voir dans des films comme Interstellar, mais toutes les fonctionnalités sont là. L'image montre toutes les fonctionnalités attendues d'un trou noir et d'un horizon d'événements. Vous voyez un anneau de photons, un anneau lumineux autour du trou noir et une ombre au milieu.

Il s’agit d’un trou noir supermassif composé de six milliards de masses solaires, ce qui donne un diamètre de plusieurs milliards de kilomètres. Mais vu sa largeur, nous pouvons le voir sur cette distance relativement longue de 53 millions d’années-lumière. Pour le moment, nous avons concentré nos efforts sur la M87 et, une fois celle-ci terminée, nous concentrerons notre attention sur le Sagittaire A * (trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée).

Je pense que nous étions tous convaincus que nous réussirions. La technologie repousse les limites, mais nous ne doutons pas de notre succès. Pourtant, rien ne vous prépare pour le moment où vous le voyez pour la première fois. C’est assez étonnant.

Les livres d'histoire seront divisés en deux parties: le temps avant l'image et après l'image. C’est la première fois que cela est possible et cela fait longtemps qu’elle se prépare. Nous avons finalement réussi et cela ne peut que s’améliorer à partir d’ici.

Comme dit à Jonathan O’Callaghan

La recherche présentée dans cet article a été financée par le Conseil européen de la recherche de l’UE. Si vous avez aimé cet article, envisagez de le partager sur les réseaux sociaux.

Le trou noir supermassif de M87, imagé pour la première fois, est six milliards de fois plus massif que notre soleil. Crédit image - Collaboration EHT

Voir également

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  • Ondes gravitationnelles aidant à exposer les trous noirs, la matière noire et les particules théoriques

Plus d'informations

BlackHoleCam

Initialement publié sur horizon-magazine.eu.