Site Overlay

La plupart des images des trous noirs sont des illustrations. Voici ce que nos télescopes capturent réellement.

Mise à jour : en avril 2019, les scientifiques ont publié la toute première image d’un trou noir. Vous pouvez la voir ici, et en savoir plus sur la façon dont cette image historique a été réalisée.

Impossiblement denses, profonds et puissants, les trous noirs révèlent les limites de la physique. Rien ne peut leur échapper, pas même la lumière.

Même si les trous noirs excitent l’imagination comme peu d’autres concepts en science, la vérité est qu’aucun astronome n’en a réellement vu un. Nous les avons « entendus », pour ainsi dire, car les scientifiques ont enregistré les ondes gravitationnelles (ondulations littérales dans l’espace-temps) émanant de trous noirs qui sont entrés en collision les uns avec les autres il y a des milliards d’années.

Mais toutes les photos que vous avez vues d’une masse sombre déformant l’espace-temps… eh bien, ce n’est qu’une illustration. Comme celle-ci :

NASA/Goddard

Cela pourrait bientôt changer. Le 10 avril, une collaboration appelée Event Horizon Telescope doit annoncer les résultats d’un effort visant à capturer une image du trou noir supermassif au centre de notre galaxie. La National Science Foundation qualifie ces résultats de « révolutionnaires ». Et si une image est produite, il s’agira d’un accomplissement remarquable. Car aussi massifs que soient les trous noirs, ils sont en fait incroyablement difficiles à voir de près.

Pourquoi aucun astronome n’a jamais vu un trou noir avec un télescope

Les trous noirs naissent lorsque des étoiles massives s’effondrent sur elles-mêmes et créent une région de gravité si intense que même la lumière ne peut échapper à son emprise. Les astronomes spéculent également que certains trous noirs pourraient s’être formés au début de l’univers chaotique après le Big Bang.

Le plus gros problème lorsqu’on essaie de voir un trou noir est que même les supermassifs (avec des masses des millions de fois plus lourdes que notre soleil) sont relativement minuscules.

« Le plus grand dans le ciel le trou noir au centre de la Voie lactée », a expliqué Dimitrios Psaltis, astrophysicien à l’Université d’Arizona, dans un courriel. « Et en prendre une photo équivaudrait à prendre une photo d’un DVD à la surface de la lune. »

De plus, en raison de leur forte gravité, les trous noirs ont tendance à être entourés d’autres matières brillantes qui rendent difficile de voir l’objet lui-même.

C’est pourquoi, lorsqu’ils font la chasse aux trous noirs, les astronomes n’essaient généralement pas de les observer directement. Au lieu de cela, ils cherchent des preuves des effets de la gravité et du rayonnement d’un trou noir.

« Nous mesurons généralement les orbites des étoiles et des gaz qui semblent tourner autour de « points » très sombres dans le ciel et nous mesurons la quantité de masse présente dans ce point sombre », explique Psaltis. « Si nous ne connaissons aucun autre objet astrophysique qui puisse être aussi massif et aussi sombre que ce que nous venons de mesurer, nous considérons cela comme une preuve très forte qu’un trou noir s’y trouve. »

Nous avons cependant des images indirectes des trous noirs

Certaines des meilleures images indirectes des trous noirs proviennent de l’observatoire à rayons X Chandra. « La friction et les vitesses élevées de la matière qui se forme à partir d’un trou noir produisent naturellement des rayons X », explique Peter Edmonds, astrophysicien de la NASA et spécialiste des communications travaillant avec Chandra. Et Chandra est un télescope spatial spécialement conçu pour voir ces rayons X.

Par exemple, l’observatoire Chandra a documenté ces « burps » de rayons X émanant de la fusion de deux galaxies situées à environ 26 millions d’années-lumière. Les astrophysiciens soupçonnent que ces burps proviennent d’un trou noir massif :

De même, les blobs fuchsia sur cette image sont des régions d’intense rayonnement X, que l’on pense être des trous noirs qui se sont formés lorsque deux galaxies (les anneaux bleu et rose) sont entrées en collision :

rayons X : NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optique : NASA/STScI

Voici des rayons X et des ondes sonores émanant de la région centrale de l’amas de galaxies Persée – une preuve indirecte supplémentaire de la présence d’un trou noir:

Et dans ce GIF, le télescope Chandra a vu une grande éruption de rayons X provenant du trou noir soupçonné de se trouver au centre de la Voie lactée.

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

Et voici une image agrandie de cette éruption de rayons X.

Une vue agrandie de l’éruption de rayons X provenant du centre de la Voie lactée.

Il pourrait même y avoir jusqu’à 20 000 trous noirs plus petits entourant le trou noir massif au centre de notre galaxie.

Récemment, une équipe de chercheurs a trouvé la preuve de la présence d’une douzaine de trous noirs à moins de trois années-lumière du centre galactique. Dans l’image de rayons X suivante, ils sont marqués en bleu.

Nature

Les trous noirs ne libèrent des rayons X que lorsqu’ils consomment de la matière (comme celle d’une étoile voisine). Mais ces trous noirs gorgés sont en fait assez rares. Le plus souvent, les trous noirs restent indétectables. Mais le fait que les scientifiques aient pu trouver cette douzaine de trous noirs « brillants » suggère qu’il y en a des dizaines de milliers d’autres dans cette région.

On peut voir les trous noirs cracher des jets massifs de matière dans l’univers

Cette image composite (combinant les données de Hubble et d’un radiotélescope) montre des jets d’énergie et de matière éjectés du centre de la galaxie Hercule A. Ces jets jaillissent à une vitesse proche de celle de la lumière, démontrant l’impressionnant pouvoir destructeur des trous noirs.

NASA/Hubble

Cette image suivante montre des jets massifs qui seraient en train de se propulser loin du trou noir au centre de Centaurus A, une galaxie située à 13 millions d’années-lumière. Les jets sont plus longs que la galaxie elle-même.

ESO/WFI (visible) ; MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (micro-ondes) ; NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (rayons X)

Les astronomes ont observé des étoiles en orbite autour de trous noirs apparents

Nous ne pouvons pas voir un trou noir. Mais nous pouvons observer les effets de la gravité extrême d’un trou noir sur les objets qui l’entourent. Voici une illustration très cool de cela.

Vous regardez 20 ans de données sur les étoiles qui vivent près du trou noir supermassif au centre de la galaxie de la Voie lactée, appelé Sagittarius A* (prononcé à haute voix c’est « Sagittarius A-star »). Et oui, des étoiles – certaines plusieurs fois plus massives que notre soleil – sont en orbite autour de lui.

Voici un autre regard sur le même phénomène. Cette vidéo comprend 16 ans d’observations de l’Observatoire européen austral, ou ESO. Ce n’est pas une animation – ce sont de vraies images d’étoiles accélérées par un facteur de 32 millions. Regardez-les danser autour d’un mystérieux centre vide.

ESO/MPE

L’étoile S2, qui est marquée dans la première vidéo par une ligne jaune, est environ 15 fois plus massive que notre soleil. C’est énorme. Mais ce n’est rien comparé au trou noir, qui est estimé être environ 4 millions de fois plus massif que notre soleil. La gravité qu’il produit fouette l’orbite de S2 à environ 11 millions de miles par heure, soit environ 200 fois la vitesse à laquelle la Terre tourne autour du soleil. S2 complète une orbite en environ 16 années terrestres. Récemment, les astronomes ont vu S2 passer près de Sagittarius A* à une vitesse supérieure à 15,5 millions de miles par heure. Cela représente plus de 4 300 miles par seconde, soit près de 3 % de la vitesse de la lumière. (L’observation, une fois de plus, a prouvé que la théorie de la gravité d’Einstein est correcte.)

Nous n’avons pas observé directement ce trou noir, mais les scientifiques soupçonnent sa présence. « Ces orbites, et une simple application des lois de Kepler, fournissent la meilleure preuve à ce jour d’un trou noir supermassif, qui a une masse de 4 millions de fois la masse du Soleil », explique le Galactic Center Group de l’UCLA, qui a produit l’animation.

Récemment, les scientifiques ont obtenu leur meilleure preuve à ce jour que Sagittarius A* est bien un trou noir supermassif. À peu près au moment où l’étoile S2 passait près du trou noir, les astronomes de l’ESO ont été témoins de brèves et puissantes éruptions de gaz provenant de ce qu’on appelle le disque d’accrétion. Il s’agit de la région entourant le trou noir où la matière est déchirée en lambeaux par l’intense gravité mais n’est pas tombée à l’intérieur du trou noir.

Des calculs plus poussés ont révélé que ces éruptions se déplaçaient à environ 30 % de la vitesse de la lumière, orbitant autour du trou noir une fois toutes les 45 minutes (une seule orbite couvrant quelque 150 millions de kilomètres). Seul un trou noir supermassif pourrait expliquer un mouvement aussi violent et puissant. Les observations, rapporte l’ESO, « correspondent exactement aux prédictions théoriques pour des points chauds orbitant près d’un trou noir de quatre millions de masses solaires ».

De plus, les astronomes soupçonnent que l’éruption était située très près du bord du trou noir – l’horizon des événements – au-delà duquel aucune lumière ne peut s’échapper.

Voyez ici une simulation informatique de la façon dont les gaz orbitent autour du trou noir.

ESO/Gravity Consortium/L. Calçada

Nous ne pouvons pas encore voir un trou noir. Mais nous pouvons les « entendre » entrer en collision.

Lorsque deux trous noirs entrent en collision, ils libèrent une vague massive de gravitation.

De même que les ondes sonores perturbent l’air pour faire du bruit, les ondes gravitationnelles perturbent le tissu de l’espace-temps pour pousser et tirer la matière comme si elle existait dans un miroir de funhouse. Si une grande onde gravitationnelle vous traversait, vous verriez un de vos bras devenir plus long que l’autre. Si vous portiez une montre à chaque poignet, vous les verriez se désynchroniser.

Lorsque deux trous noirs entrent en collision, ils libèrent une vague massive de gravitation. Mais lorsqu’ils atteignent la Terre 1,4 milliard d’années plus tard, ces ondes sont devenues très faibles (comme les ondulations d’une pierre lâchée dans un étang s’adoucissent à mesure que l’on s’éloigne de la pierre).

Mais ces dernières années, les scientifiques ont pu écouter ces ondulations avec LIGO et VIRGO, d’énormes expériences mondiales qui peuvent détecter ces minuscules ondulations dans l’espace-temps.

Parce que les ondes que LIGO détecte ont une fréquence comparable à la gamme de fréquences que nous pouvons entendre, les scientifiques peuvent augmenter le volume et les traduire en son. (Oui, ce n’est pas exactement ce à quoi cela ressemble, mais plutôt une représentation audio des données. Et, oui, l’événement n’aurait fait aucun bruit dans le vide de l’espace.)

Écoutez-les ici.

Bientôt, nous pourrons voir un véritable trou noir

Parce que le trou noir au centre de notre galaxie, Sagittarius A*, est si relativement petit, et entouré de tant de matériaux d’occlusion, il faudra un énorme télescope pour le voir. Selon Nature, il faudrait un télescope 1 000 fois plus puissant que Hubble pour obtenir une résolution suffisante pour le voir.

Un effort international appelé le télescope Event Horizon tente de résoudre ce problème. Les télescopes optiques conventionnels utilisent des miroirs de plus en plus grands pour voir des objets plus petits et plus éloignés dans l’univers. Le télescope Event Horizon fait quelque chose de similaire : il crée un télescope virtuel de la taille de la Terre entière.

En avril 2017, l’équipe d’Event Horizon a connecté des radiotélescopes à de multiples endroits dans le monde – aussi éloignés qu’Hawaï et le pôle Sud – et leur a demandé à tous de regarder vers Sagittarius A* pendant quelques jours. Le réseau est le résultat d’une collaboration internationale de 14 institutions de recherche à travers le monde.

Ensemble, ces huit télescopes ont la puissance de « compter les points d’une balle de baseball à 8000 miles de distance », comme l’explique le MIT. Le réseau a généré une telle quantité de données qu’il était plus efficace de faire voler les données de chacun des télescopes vers un lieu centralisé que de les transférer par Internet.

Depuis des années, les scientifiques assemblent toutes ces données. L’espoir est que l’image finale montre l’horizon des événements, la limite au-delà de laquelle aucune lumière ne peut s’échapper. Cet horizon des événements sera probablement entouré d’un disque d’accrétion, un anneau de matière brillant et incroyablement énergétique qui tourbillonne autour du trou noir. Il pourrait ressembler à quelque chose comme ceci.

Hotaka Shiokawa / Event Horizon Telescope

Voir : Pourquoi chaque photo d’un trou noir est une illustration

Des millions de personnes se tournent vers Vox pour comprendre ce qui se passe dans l’actualité. Notre mission n’a jamais été aussi vitale qu’en ce moment : donner du pouvoir par la compréhension. Les contributions financières de nos lecteurs sont un élément essentiel pour soutenir notre travail, qui nécessite beaucoup de ressources, et nous aident à maintenir notre journalisme gratuit pour tous. Aidez-nous à maintenir la gratuité de notre travail pour tous en apportant une contribution financière à partir de 3 dollars seulement.

Science de la vie quotidienne

Un scientifique sur la grande responsabilité de l’utilisation de l’ADN ancien pour réécrire l’histoire humaine

Politique & Politique

Miami Beach impose un couvre-feu pour les vacances de printemps au milieu de la foule et des préoccupations de Covid-19

Catastrophes naturelles

Un volcan islandais de 6,000 ans vient d’entrer en éruption – et c’est génial

Voir toutes les histoires dans Science & Santé

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée.