Prédits dans le cadre de la relativité générale dès 1916, les trous noirs sont certainement les objets les plus mystérieux du cosmos. Détectables uniquement via leurs effets indirects, seules les mathématiques et les simulations sont capables de nous renseigner sur leur aspect potentiel. Mais cela vient de changer. Après plusieurs années de calculs réalisés sur les données recueillies par l’Event Horizon Telescope (EHT) concernant les trous noirs supermassifs Sagittarius A* (situé au centre de la Voie lactée) et M87* (situé au centre de la galaxie M87), la toute première image de l’un des deux trous noirs supermassifs a été révélée ! Et il s’agit de M87*.
Si marcher sur la Lune était un grand pas pour l’humanité, selon les mots de l’astronaute Neil Armstrong, l’annonce que viennent de faire les différentes institutions spatiales devrait, elle, être un véritable bond de géant. Après plusieurs années à imager le centre de la Voie lactée, l’immense masse de données produites par l’Event Horizon Telescope a enfin terminé d’être analysée par les 800 CPUs de la grille de calcul combinée de l’observatoire Haystack du MIT et de l’Institut Max Planck pour la Radioastronomie (Allemagne).
L’EHT combine la puissance de résolution de divers radiotélescopes — utilisant l’interférométrie à très longue base (VLBI) — dispersés à travers le monde afin d’obtenir un télescope virtuel du diamètre de la Terre. Cela lui permet d’atteindre une résolution angulaire équivalente à celle de l’horizon des événements d’un trou noir. Et c’est justement là l’objectif de l’EHT : observer l’environnement du trou noir supermassif Sagittarius A* situé au centre de la Voie lactée, ainsi que celui du trou noir M87* situé au centre de la galaxie elliptique M87.
Réseau télescope : L’Event Horizon Telescope combine le pouvoir de résolution de plusieurs radiotélescopes dispersés à travers le monde afin d’obtenir une résolution angulaire équivalente à celle de l’horizon des événements d’un trou noir. Crédits : ESO/O. Furtak
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Depuis le début de sa mission en 2006, des radiotélescopes se sont ajoutés au réseau au fil du temps, et l’EHT a progressivement accumulé des disques durs de données concernant ses deux cibles. Ces disques durs étant eux-mêmes transportés par avion depuis les différents radiotélescopes jusqu’aux deux centres de calculs cités plus haut.
Bien entendu, malgré le très haut pouvoir de résolution de l’EHT, un trou noir demeure noir. Passé l’horizon des événements, aucun rayonnement électromagnétique ne peut s’en échapper et donc nous renseigner directement sur sa véritable forme. Ce n’est donc pas une image directe du trou noir ou de son horizon des événements qu’il faut attendre, car cela est physiquement impossible.
Simulation d’un trou noir statique et de son disque d’accrétion, effectuée par le cosmologiste spécialiste des trous noirs Jean-Pierre Luminet. Crédits : J-P Luminet
Toutefois, en analysant l’environnement immédiat du trou noir et les différents processus physiques qui y prennent place, l’EHT peut recréer une image fidèle de la structure de l’horizon des événements. Notamment en examinant la manière dont l’espace-temps est courbé aux abords de celui-ci et la façon dont la trajectoire de la lumière est déformée. En combinant ceci aux perturbations gravitationnelles et à la dynamique du disque d’accrétion, une silhouette plus ou moins sombre du trou noir peut être obtenue.
Au-delà de la prouesse scientifique que représente une telle image, ces résultats permettront également de tester la relativité générale d’Einstein dans ses conditions physiques les plus extrêmes, ainsi que les modèles théoriques actuels des trous noirs dont Hawking et Wheeler sont les principaux auteurs. Ces résultats permettront également de conforter ou réfuter certaines théories alternatives de la gravité impliquant des modifications de la théorie d’Einstein.
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L’image révélée par la collaboration de l’EHT est celle du trou noir supermassif de la galaxie Messier 87 (M87), un objet titanesque d’environ 6 milliards de masses solaires. Elle correspond bien à l’image qu’attendaient les scientifiques au regard des précédentes simulations. Sur le cliché, résultat de deux années de calculs complexes, l’on peut apercevoir l’anneau brillant de la photosphère, entretenue par l’extrême distorsion de l’espace-temps, révélant la silhouette de l’horizon des événements du trou noir :
Cette image du trou noir supermassif situé au centre de la galaxie M87 confirme les prédictions de la relativité générale : la déformation de la lumière révèle la structure de l’horizon des événements du trou noir. Crédits : Nation Science Foundation
Concernant le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée, Sagittarius A*, il faudra attendre encore un peu avant d’en obtenir les premières images. En effet, celui-ci étant moins massif (environ 4 milliards de masses solaires), et donc de plus petite taille, les effets gravitationnels perturbatifs sont moins importants et sa plus haute variabilité impose un temps de traitement et de calcul plus longs.
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Pour vraiment apprécier la première image du trou noir M87*, il faut d’abord se rendre compte de son immensité
À l’heure actuelle, vous avez très probablement toutes et tous déjà pu voir la toute première véritable image d’un trou noir, celle de M87*. Il s’agit d’un moment historique pour la science, l’arrivée du cliché tant attendu et qui a nécessité un an de calculs suite à la récolte des données de l’EHT. Cependant, cette image n’est pas forcément parlante pour tout le monde (surtout d’un point de vue de la taille de l’objet en question). Pour remédier à cela, il était donc nécessaire de vous proposer une comparaison !
Au niveau de la qualité de l’image (qui en a déçu certains), il faut d’abord savoir que le monstre cosmique photographié se situe à environ 55 millions d’années-lumière, au plus profond d’une galaxie dont le diamètre est de 120 000 années-lumière, la galaxie M87. En comparaison, notre propre galaxie, la Voie lactée, possède un diamètre d’environ 106 000 années-lumière.
Abordons maintenant le sujet du trou noir dont il est question, en commençant par son impressionnante masse. Ne tournons pas autour du pot (ou plutôt du trou noir) et mettons les choses au clair : cet impressionnant objet cosmique fait 6.5 milliards de fois la masse du Soleil ! Oui, 6.5 MILLIARDS de masses solaires, vous avez bien lu…
Maintenant, pour mettre cela en perspective, dites-vous que toute cette masse n’est concentrée qu’en une minuscule singularité gravitationnelle dans l’univers, entourée d’un horizon des événements dont le diamètre a été estimé à 60-120 unités astronomiques (soit entre 9 et 18 milliards de kilomètres).
Image de la Galaxie M87, prise par Hubble. C’est en son centre que se situe le trou noir M87*. Crédits : NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Ce mystérieux petit point de l’espace, la singularité, possède donc une masse si importante qu’elle déforme le tissu de l’espace-temps à un tel point que même la lumière ne peut s’y échapper une fois l’horizon des événements franchi.
Pour qu’un photon puisse échapper à une telle attraction gravitationnelle, la distance initiale limite du centre du trou noir devrait être d’au moins 10 milliards de kilomètres. Cela correspond à environ 70 fois la distance Terre-Soleil ! C’est la fameuse limite de non-retour définie par l’horizon des événements.
Ce mystérieux petit point de l’espace, la singularité, possède donc une masse si importante qu’elle déforme le tissu de l’espace-temps à un tel point que même la lumière ne peut s’y échapper une fois l’horizon des événements franchi.
Maintenant, bien que ces chiffres puissent déjà vous surprendre et vous permettre de situer la taille du monstre cosmique, il n’y a jamais mieux qu’une image ou un schéma pour résumer. Que diriez-vous donc d’un diagramme à l’échelle ? Eh bien, c’est ce que propose le physicien Randall Munroe sur son fameux site XKCD . Le voici :
De quoi rester bouche bée devant une “simple” image…
Voici comment la première photo d’un trou noir confirme la relativité générale
Au-delà de la prouesse technique et scientifique que représente cette première image du trou noir supermassif M87*, il s’agissait également pour les cosmologistes de pouvoir tester les prédictions de la relativité générale dans ses conditions physiques les plus extrêmes. Et encore une fois, plus de cent ans après ses prédictions, nous ne pouvons que donner raison à Albert Einstein. En effet, l’image obtenue et les données qui la sous-tendent confirment les postulats de la théorie d’Einstein sur les trous noirs.
Lorsque la matière se rapproche de l’horizon des événements d’un trou noir — le point duquel même la lumière ne peut s’échapper — elle forme un disque en orbite. La matière dans ce disque convertit une partie de son énergie en friction thermique lorsqu’elle frotte contre d’autres particules de matière.
Plus la matière est proche, plus le frottement est important. La matière proche de l’horizon des événements brille de mille feux avec la chaleur de centaines de Soleils. C’est cette lumière que l’EHT a détectée, ainsi que la « silhouette » du trou noir.
Produire l’image et analyser de telles données est une tâche incroyablement difficile. L’équipe de l’EHT a décidé de cibler deux des trous noirs supermassifs les plus proches de nous, à la fois dans la grande galaxie elliptique M87, et au centre de notre galaxie, la Voie lactée.
Pour photographier ces objets, l’équipe avait besoin d’un télescope aussi grand que la Terre elle-même. En l’absence d’une machine aussi gigantesque, l’équipe de l’EHT a combiné des télescopes du monde entier et les données qu’ils ont recueillies. Pour capturer une image précise à une telle distance, les télescopes devaient être stables et leurs observations complètement synchronisées.
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Pour accomplir cet exploit difficile, l’équipe a utilisé des horloges atomiques si précises qu’elles ne perdent qu’une seconde tous les cent millions d’années ! Les 5000 téraoctets de données collectées étaient si volumineux qu’ils devaient être stockés sur des centaines de disques durs et livrés physiquement à un supercalculateur, qui corrigeait les différences de temps dans les données pour produire l’image révélée.
Cette image du trou noir supermassif situé au centre de la galaxie M87 confirme les prédictions de la relativité générale : la déformation de la lumière révèle la structure de l’horizon des événements du trou noir, qui est en parfait accord avec les solutions aux équations d’Einstein. Crédits : Nation Science Foundation
La première chose importante à retenir est qu’Einstein avait raison, encore une fois. Sa théorie de la relativité générale a passé deux tests sérieux dans les conditions les plus extrêmes de l’Univers ces dernières années. Ici, la théorie d’Einstein a prédit les observations de M87 avec une précision infaillible et constitue apparemment la description correcte de la nature de l’espace, du temps et de la gravité.
Les mesures de la vitesse de la matière autour du centre du trou noir concordent avec le fait qu’elles sont proches de la vitesse de la lumière. En outre, la silhouette obtenue de l’horizon des événements est en accord avec les solutions aux équations de la relativité générale dans le cas d’un trou noir de Kerr, c’est-à-dire un trou noir en rotation. En effet, les simulations précédentes se basant exclusivement sur ces équations avaient donné une image très similaire (à quelques détails près).
De plus, les effets de distorsion lumineuse observés par l’EHT, notamment concernant la phostosphère — c’est-à-dire l’anneau de photons en orbite stable autour du trou noir — sont également en accord avec la courbure de l’espace-temps attendue pour un objet de cette masse selon la relativité générale.
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Vue d’artiste…
Source :
https://trustmyscience.com/voici-la-toute-premiere-image-d-un-trou-noir/
Article :
Trustmyscience
Vidéo :
[1] Le cliché du trou noir M87* enfin révélé – LeHuffPost / YouTube
[2] Les trous noirs au centre des théories les plus folles – LeHuffPost / YouTube
[3] National Science Foundation/EHT Press Conference Revealing First Image of Black Hole – National Science Foundation – YouTube
[4] Event Horizon Telescope Animated Movie – ehtelescope / YouTube
[5] Premières Images des Trous Noirs ! – Veritasium / YouTube
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Aphadolie 
C’est un évènement vraiment spectaculaire mais a voir de loin vu sa force d’aspiration
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Un gigantesque avaleur, une force d’attraction à nulle autre pareille, parlerait on du prochain Avengers?
😉
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Tiens en parlant du prochain ‘Avengers’, je suis curieux de connaître la suite vu que Tanos a éradiquer la moitié de l’univers…
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j’adore ta réponse ! hâte de voir ce Avengers endgame 😉
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Il faut bien une suite et Tanos a décimé une bonne partie des Avengers également. Mais plus sérieusement, en rapport avec The Black Hole, j’ai du passé à côté de l’essentiel de ta question…
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M87 dans la constellation de la Vierge ?
https://fr.m.wikipedia.org/wiki/M87
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Merci pour le lien
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[…] via Black Hole : Voici la toute première image du trou noir supermassif situé au centre de la galaxie … […]
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Très certainement une des notes que j’ai lu avec le plus de plaisir depuis que je connais ton blog. Passionnant et sidérant tant les chiffres donnent le tournis. Merci et excellent weekend 🙂
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Merci à toi pour tes visites et commentaires.
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A reblogué ceci sur Le Bien-Etre au bout des Doigts.
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