La première image d’un trou noir ouvre une nouvelle ère d’astrophysique

Voici à quoi ressemble un trou noir.

Un réseau mondial de télescopes appelé Event Horizon Telescope a zoomé sur le monstre supermassif de la galaxie M87 pour créer cette toute première image d’un trou noir.

«Nous avons vu ce que nous pensions être invisible. Nous avons vu et photographié un trou noir », a déclaré Sheperd Doeleman, directeur de l’ESH et astrophysicien au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de Cambridge, dans le Massachusetts, lors d’une de ses sept conférences de presse simultanées. Les résultats ont également été publiés dans six articles dans Astrophysical Journal Letters.

« Nous étudions les trous noirs depuis si longtemps, et il est parfois facile d’oublier qu’aucun d’entre nous n’en a jamais vu un », a déclaré France Córdova, directrice de la National Science Foundation, à la conférence de presse de Washington, DC. En voir une « est une tâche herculéenne », a-t-elle déclaré.

C’est parce que les trous noirs sont notoirement difficiles à voir. Leur gravité est si extrême que rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper de la frontière au bord d’un trou noir, appelé horizon des événements. Mais certains trous noirs, en particulier les supermassifs situés dans les centres des galaxies, se distinguent par l’accrochage vorace de disques de gaz et d’autres matériaux. L’image EHT révèle l’ombre du trou noir du M87 sur son disque d’accrétion. Apparaissant comme un anneau flou et asymétrique, il dévoile pour la première fois un abysse sombre de l’un des objets les plus mystérieux de l’univers.

«C’est une telle accumulation», a déclaré Doeleman. « Ce n’était que de l’étonnement et de la surprise … de savoir que vous avez découvert une partie de l’univers qui nous était interdite. »

La grande révélation tant attendue de l’image «est à la hauteur du battage médiatique, c’est certain», déclare Priyamvada Natarajan, astrophysicien à l’Université Yale, qui ne fait pas partie de l’équipe EHT. «C’est vraiment formidable de constater à quel point nous sommes chanceux. un moment particulier, avec la capacité de l’esprit humain à comprendre l’univers, à avoir construit toute la science et la technologie nécessaires à sa réalisation. « (SN Online: 4/10/19)

L’image correspond aux attentes de ce à quoi un trou noir devrait ressembler, sur la base de la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui prédit comment l’espace-temps est déformé par la masse extrême d’un trou noir. Le tableau est «un autre élément de preuve solide à l’appui de l’existence de trous noirs. Et cela, bien sûr, aide à vérifier la relativité générale », déclare le physicien Clifford Will de l’Université de Floride à Gainesville, qui ne fait pas partie de l’équipe EHT. « Pouvoir réellement voir cette ombre et la détecter est un premier pas formidable. »

Des études antérieures ont testé la relativité générale en examinant les mouvements d’étoiles (SN: 18/08/18, p. 12) ou de nuages de gaz (SN: 24/11/18, p. 16) à proximité d’un trou noir, mais jamais à son bord. «C’est aussi bon que possible», déclare Will. En vous éloignant de la pointe des pieds, vous vous retrouveriez dans le trou noir – incapable de faire rapport sur les résultats des expériences.

«Les environnements de trous noirs sont des endroits susceptibles de dégénérer en relativité générale», déclare Feryal Özel, membre de l’équipe EHT, astrophysicien à l’Université de l’Arizona à Tucson. Tester la relativité générale dans des conditions aussi extrêmes pourrait révéler des écarts par rapport aux prédictions d’Einstein.

Le simple fait que cette première image confirme la relativité générale « ne signifie pas pour autant que la relativité générale est complètement acceptable », explique-t-elle. De nombreux physiciens pensent que la relativité générale ne sera pas le dernier mot en matière de gravité, car elle est incompatible avec une autre théorie de la physique qui décrit la physique à très petite échelle.

L’image fournit également une nouvelle mesure de la taille et du poids du trou noir. « Notre détermination de masse simplement en regardant directement l’ombre a aidé à résoudre une controverse de longue date », a déclaré Sera Markoff, astrophysicien théorique à l’Université d’Amsterdam, lors d’une conférence de presse à Washington. Les estimations faites à l’aide de différentes techniques se situent entre 3,5 milliards et 7,22 milliards de fois la masse du soleil. Mais les nouvelles mesures EHT montrent que sa masse est d’environ 6,5 milliards de masses solaires.

L’équipe a également déterminé la taille du béhémoth – son diamètre s’étend sur 38 milliards de kilomètres – et que le trou noir tourne dans le sens des aiguilles d’une montre. « M87 est un monstre même par rapport aux normes des trous noirs supermassifs », a déclaré Markoff.

EHT s’entraînait à la fois sur le trou noir du M87 et sur le Sagittarius A *, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Mais il s’est avéré qu’il était plus facile d’imager le monstre de M87. Ce trou noir se trouve à 55 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation de la Vierge, environ 2 000 fois plus loin que Sgr A *. Mais il est aussi environ 1 000 fois plus massif que le géant de la Voie lactée, qui pèse environ 4 millions de soleils. Ce poids supplémentaire compense presque la distance de M87. «La taille dans le ciel est à peu près la même», a déclaré Feryal Özel, membre de l’équipe EHT.En raison de son souffle gravitationnel, les gaz qui tournent autour du trou noir du M87 se déplacent et leur luminosité varie plus lentement que celle de la Voie Lactée. «Au cours d’une seule observation, Sgr A * ne reste pas immobile, contrairement à M87», explique Özel, astrophysicien à l’Université de l’Arizona à Tucson. « Juste à partir de ce point de vue » Le trou noir reste-t-il immobile et pose-t-il pour moi? « , Nous savions que M87 coopérerait davantage. »

Après plus d’analyses de données, l’équipe espère résoudre certains mystères de longue date sur les trous noirs, comme par exemple la façon dont le géant de M87 crache un jet lumineux de particules chargées à des milliers d’années-lumière dans l’espace.

Cette première image est comme le « coup de feu entendu autour du monde » qui a déclenché la guerre d’indépendance des États-Unis, déclare l’astrophysicien Avi Loeb de l’Université de Harvard, qui ne fait pas partie de l’équipe EHT. «C’est très important; cela donne un aperçu de ce que l’avenir pourrait bien contenir, mais cela ne nous donne pas toutes les informations que nous voulons. « Les espoirs sont encore grands pour un aperçu très attendu de Sgr A *. L’équipe EHT a pu collecter des données sur le géant de la Voie lactée et continue à les analyser, dans l’espoir d’ajouter son image à la nouvelle galerie de portraits de trous noirs.

Puisque l’apparition de ce trou noir change si rapidement, l’équipe doit développer de nouvelles techniques pour analyser les données. «Nous sommes très heureux de travailler sur Sgr A *», a déclaré Daniel Marrone, astrophysicien à l’Université de l’Arizona à Tucson, lors d’une conférence de presse à Washington. «Nous le ferons bientôt. Nous ne promettons rien, mais nous espérons l’obtenir très bientôt. « L’étude de tels environnements pourrait révéler plus de détails sur le comportement des trous noirs, dit Loeb. « La Voie Lactée est une galaxie très différente de M87. »Le prochain regard sur les mastodontes de la M87 et de la Voie lactée devra attendre.Les scientifiques ont eu la chance de profiter du beau temps sur les huit sites qui composaient le télescope Event Horizon en 2017. Le mauvais temps de 2018 et les difficultés techniques qui ont annulé la mission d’observation de 2019 ont bloqué l’équipe.La bonne nouvelle est que d’ici 2020, il y aura plus d’observatoires avec lesquels travailler. Le télescope du Groenland a rejoint le consortium en 2018, et l’observatoire national de Kitt Peak, situé à l’extérieur de Tucson, en Arizona, et le réseau étendu de millimètres NOrthern dans les Alpes françaises rejoindront EHT en 2020.L’ajout de télescopes supplémentaires pourrait permettre à l’équipe d’agrandir l’image afin de mieux capturer les jets sortant du trou noir. Les chercheurs prévoient également de faire des observations en utilisant une lumière de fréquence légèrement supérieure, ce qui permettra d’affiner l’image. Et des projets encore plus ambitieux se profilent à l’horizon: «La domination du monde ne nous suffit pas; nous voulons aussi aller dans l’espace », a déclaré Doeleman.Ces yeux supplémentaires sont peut-être tout ce dont vous avez besoin pour attirer encore plus l’attention sur les trous noirs.