Un aperçu des abysses de l’univers

Pour la toute première fois, on a pu capturer l’image d’un trou noir grâce à un réseau de huit télescopes autour de la Terre. Du point de vue (très objectif) de deux fans d’Interstellar, ces images sont grandioses.

Entre savoir et voir, il existe une différence de taille… Depuis Albert Einstein, la théorie de la relativité prédit l’existence d’objets célestes hyper massiques au centre des galaxies ; et voilà que l’un des plus grands mystères de notre univers se dévoile désormais sous nos yeux. Ce 10 avril 2019, l’Event Horizon Telescope a pu observer directement un trou noir, un objet si compact que l’intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. Cet infâme dévoreur de mondes se trouve au centre de la galaxie M87 et porte le nom peu terrifiant de M87* (aucun rapport avec le groupe M83).

Un regard sur M87*

Tout ceci a été possible grâce à l’Event Horizon Telescope, fruit de la collaboration entre 40 pays. En liant entre elles des antennes paraboliques d’un bout à l’autre de la Terre, l’interféromètre résultant est l’équivalent d’un télescope de 10.000 km de diamètre ! Cette alliance entre les différentes bases scientifiques permet d’acquérir une résolution jamais égalée auparavant. Ceci nous autorise l’audace de pointer notre vision vers deux des trous noirs les plus proches de nous, en testant les robustes théories de la relativité tout en nous offrant des clichés fascinants.

Les quatre jours d’observations de M87* ont fourni tellement de données qu’il a fallu les transporter physiquement par avion jusqu’à l’institut Max Planck de radioastronomie à Bonn en Allemagne. L’analyse des scientifiques à ensuite pris des mois.

Mais le résultat en valait la peine ! Cette image floutée car provenant du plus gros zoom possible (l’objet, bien qu’imposant, se trouve à 55 millions d’années lumière de nous) est conforme à ce qu’Einstein avait imaginé.

On parvient bien à discerner une structure d’anneau avec une ombre centrale circulaire. L’anneau orangé correspond à notre vision déformée du disque d’accrétion, s’agissant de la charogne lumineuse des étoiles qui ont nourri la bête. La matière restante de ces astres déchus est entrée en orbite autour de leur ravisseur. La phénoménale influence gravitationnelle de ce dernier accélère cette matière à des vitesses proches de celle de la lumière, la chauffe jusqu’à atteindre des millions de degrés, et courbe le parcours de la lumière qu’elle émet par effet de lentillage.

La bête se terre dans la région obscure au centre. Cette ombre d’un diamètre environ trois fois plus grand que celui de son horizon (la frontière immatérielle qui marque le point de non retour), est caractéristique du trou noir et son analyse est une grande source d’informations. Avec des mesures de pointe, les chercheurs ont pu déterminer la masse et la taille de ce trou noir et c’est bien évidemment inconcevable par l’esprit humain : une masse de 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil pour un diamètre d’environ 20 milliards de kilomètres (donc de l’ordre de celui de notre système solaire entier).

La naissance d’un trou noir

Mais comment une monstruosité telle qu’un trou noir a-t-elle pu voir le jour ? Vous êtes peut-être familier du fait qu’il s’agit du destin de certaines étoiles (particulièrement massique) mais voici un grossier rappel.

Pour comprendre la naissance d’un trou noir, il faut comprendre les mécanismes de la vie des étoiles (comme notre bien-aimé Soleil). Celles-ci sont majoritairement composées d’hydrogène, qui est présent en quantités phénoménales. Sous son propre poids, le cœur de l’étoile est comprimé par les forces gravitationnelles et atteint des températures extrêmes, ce qui fait entrer les atomes d’hydrogène en fusion nucléaire. C’est à dire que deux atomes [des isotopes] d’hydrogènes donnent naissance à un atome d’hélium [et un neutron], ce qui libère une formidable quantité d’énergie au passage. C’est alors que deux mécanismes viennent s’affronter : d’une part cette libération d’énergie, qui exerce une force vers l’extérieur de l’étoile, et d’autre part la gravité, qui la comprime. Ce rapport de force peut durer pendant plusieurs milliards d’années jusqu’au moment où les étoiles ont « brûlé » tout leur carburant d’hydrogène, enclenchant mécaniquement la fin de vie de l’étoile. Plusieurs scénarios sont alors possibles en fonction de la masse de l’étoile. Des astres de masse moyenne (comme notre Soleil) s’éteindront lentement après avoir subi des transformations de taille. D’autres astres plus massifs explosent et projettent de la matière sur d’immenses distances (des supernovas). Quant aux étoiles encore plus massives, une chose très étrange arrive : les forces gravitationnelles sont alors tellement fortes que la matière n’arrive pas à s’échapper et provoque « l’effondrement » de l’étoile pour créer un trou noir…

Vous voilà maintenant fin prêt pour apprécier l’image de M87*, qui est sûrement déjà la photo de l’année !

Emile EMERY et Alexandre FOLLIOT


Pour en savoir plus, rendez-vous sur le site de l’EHT, du CNRS ou de la NASA !

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