Voici la première image d’un trou noir supermassif !

On l'attendait depuis un moment et cet évènement fera date dans l'histoire de l'exploration du Cosmos par l'Humanité. La première image d'un trou noir prise avec l'Event Horizon Telescope a été dévoilée et c'est celle du trou noir supermassif au cœur de la galaxie M87.

Stephen Hawking et  John Wheeler ne sont plus là pour assister avec nous à l'évènement, mais plusieurs des autres pionniers de la physique des trous noirs comme Kip Thorne et Roger Penrose, si. Entré plus tardivement dans le domaine, alors que l'on était encore dans ce que certains appelaient l'âge d'or de la théorie des trous noirs, c'est l'astrophysicien et cosmologiste français Jean-Pierre Luminet qui doit éprouver un sentiment d'accomplissement profond. Les membres de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) viennent en effet de révéler la première image de l'aspect d'un trou noir et le moins que l'on puisse dire est qu'elle ressemble étonnamment à celle qu'il avait été le premier à calculer de façon réaliste à l'aide d'un ordinateur à la fin des années 1970. Une version plus précise sera obtenue une dizaine d'années plus tard par son collègue astrophysicien Jean-Alain Marck, hélas décédé trop tôt.

Une présentation du succès de l'Event Horizon Telescope qui vient de livrer la première image d'un trou noir, celle de celui qui est supermassif et qui se trouve au cœur de la galaxie elliptique M87 à environ 53 millions d'années-lumière de la Voie lactée. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Perimeter Institute for Theoretical Physics

Jean-Pierre Luminet a expliqué en détail, en français et en anglais sur le blog que Futura a mis à sa disposition, l'origine et les caractéristiques des images des trous noirs entourés d'un disque d'accrétion avec un plasma chaud que l'on pouvait s'attendre à voir. Il retrace aussi l'histoire de l'astrophysique relativiste à ce sujet.

• Interstellar : un trou noir à Hollywood (1)
• 45 Years of Black Hole Imaging (1): Early work 1972-1988

Une illustration réalisée par Jean-Pierre Luminet à partir des résultats d'une simulation sur ordinateur montrant l'aspect d'un trou noir entouré d'un disque d'accrétion. L'effet Doppler produit par la matière chaude en rotation la rend plus lumineuse lorsqu'elle s'approche de nous à une fraction notable de la vitesse de la lumière et au contraire la rend presque sombre lorsqu'elle s'éloigne (à droite). Le champ de gravitation du trou noir est si fort que les rayons lumineux issus du disque derrière le trou noir sont courbés en direction de l'observateur et que l'on peut donc voir ce disque au-dessus du trou noir. © Jean-Pierre Luminet, CNRS Phototheque

Les astrophysiciens ont obtenu la première image d'un trou noir en utilisant les observations du télescope Event Horizon du centre de la galaxie M87. L'image montre un anneau lumineux formé par la lumière qui se courbe de manière intense autour d'un trou noir 6,5 milliards de fois plus massif que le Soleil. L'angle de vue n'est pas le même mais la ressemblance avec le dessin réalisé par Jean-Pierre Luminet est frappante. © Event Horizon Telescope Collaboration

M87 conforte solidement l'existence des trous noirs

Comme Futura l'avait expliqué il y a quelques heures (voir l'article ci-dessous), il semble bien que la physicienne Sabine Hossenfelder avait vu juste quand elle suspectait que nous ne verrions par les deux images des trous noirs supermassifs attendues. C'est en effet celle de celui au cœur de M87qui a été présenté lors des conférences mondiales. Dans le cas de la Voie lactée, il faudra patienter encore un peu pour avoir une image de Sagittarius A*.

Mais déjà, un résultat important a été annoncé par les chercheurs. Les caractéristiques de l'image obtenue sont remarquablement conformes à celles produites par les simulations savantes décrivant la déviation des rayons lumineux produite par un trou noir de Kerr en rotation et les émissions de la matière surchauffée sous forme de plasma plongé dans un intense champ magnétique. L'existence des trous noirs en sort donc particulièrement renforcée, ce qui n'est guère étonnant étant donné les nombreux tests déjà passés par la théorie de la relativité générale et les observations accumulées depuis quelques décennies concernant les candidats au titre de trou noir. Toutefois, il reste encore de la place pour imaginer que l'astre compact qui se comporte comme un trou noir au coeur de M87 n'en est pas vraiment un. Nous ne faisons encore aussi que débuter la recherche de signes d'une nouvelle physique, par exemple une alternative aux équations d'Einstein, pour décrire cet objet.

Les mesures de l'EHT permettent maintenant d'ailleurs de préciser la masse et la taille du trou noir supermassif de M87. Il contient environ 6,5 milliards de masses solaires et il est situé dans une région de 20 milliards de kilomètres de large, soit à peine deux fois le diamètre de notre Système solaire.

Une autre présentation du succès de l'Event Horizon Telescope. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Perimeter Institute for Theoretical Physics

Pour les curieux avec un bagage scientifique notable, six articles détaillent les découvertes faites avec l'EHT.

• The Shadow of the Supermassive Black Hole
• Array and Instrumentation
• Data processing and Calibration
• Imaging the Central Supermassive Black Hole
• Physical Origin of the Asymmetric Ring
• The Shadow and Mass of the Central Black Hole

CE QU'IL FAUT RETENIR

• Depuis plusieurs années, les astrophysiciens peaufinaient un radiotélescope virtuel géant de la taille de la Terre, qui s'obtient en combinant des radiotélescopes sur plusieurs continents, pour faire de l'interférométrie à très longue base (ou VLBI, Very Long Baseline Interferometry).
• L'objectif de l’Event Horizon Telescope était de former une image de plus en plus résolue du trou noir supermassif de la Voie lactée et de la galaxie M87, en espérant y trouver indirectement une preuve de l'existence d'un horizon des évènements, ou pour le moins de tester la théorie de la relativité générale et les prédictions de la solution de ses équations décrivant les effets d'un trou noir de Kerr en rotation sur son environnement proche.
• Une image en ce sens a été prise en 2017. L'analyse des données est terminée mais une seule image a pour le moment été révélée. Elle semble parfaitement conforme à celle attendue d'un trou noir décrit par de théorie de la relativité d'Einstein. Il faudra attendre encore un peu pour une image de Sagittarius A* dans la Voie lactée.

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