Voie lactée : première image du trou noir monstrueux dans notre galaxie

Voici le trou noir gargantuesque qui vit au centre de notre galaxie, photographié pour la toute première fois.

Connu sous le nom de Sagittarius A*, cet objet a une masse quatre millions de fois supérieure à celle de notre Soleil.

Ce que vous voyez est une région centrale sombre où réside le trou, entourée par la lumière provenant de gaz surchauffés et accélérés par d'immenses forces gravitationnelles.

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Pour l'échelle, l'anneau a approximativement la taille de l'orbite de Mercure autour de notre étoile.

Cela représente environ 60 millions de km, ou 40 millions de miles, de diamètre.

Heureusement, ce monstre est très, très loin - à quelque 26 000 années-lumière de distance - et il n'y a donc aucune chance que nous soyons un jour en danger.

L'image a été produite par une équipe internationale appelée la collaboration Event Horizon Telescope (EHT).

C'est leur deuxième image de ce type après avoir publié en 2019 une photo du trou noir géant au cœur d'une autre galaxie appelée Messier 87, ou M87. Cet objet était plus de mille fois plus grand à 6,5 milliards de fois la masse de notre Soleil.

"Mais cette nouvelle image est spéciale car il s'agit de notre trou noir supermassif", a déclaré le professeur Heino Falcke, l'un des pionniers européens du projet EHT.

C'est dans "notre cour", et si vous voulez comprendre les trous noirs et leur fonctionnement, c'est celui-là qui vous le dira, car nous le voyons dans ses moindres détails", a déclaré à BBC News ce scientifique germano-néerlandais de l'université Radboud de Nimègue.

Qu'est-ce qu'un trou noir ?

Le film est un tour de force technique. Il faut bien qu'elle le soit.

À une distance de 26 000 années-lumière de la Terre, Sagittarius A*, ou Sgr A* en abrégé, est une minuscule épingle dans le ciel. Pour discerner une telle cible, il faut une résolution incroyable.

L'astuce de l'EHT est une technique appelée interférométrie à très longue base (VLBI).

Il s'agit essentiellement de combiner un réseau de huit antennes radio très espacées pour imiter un télescope de la taille de notre planète.

La masse d'un trou noir détermine la taille de son disque d'accrétion, ou anneau d'émission. Le trou vit dans la dépression de luminosité centrale. Sa "surface" est appelée l'horizon des événements, la limite à l'intérieur de laquelle même un rayon lumineux est replié sur lui-même par la courbure de l'espace-temps. Les régions les plus brillantes du disque d'accrétion sont celles où la lumière gagne de l'énergie lorsqu'elle se déplace vers nous, et on dit qu'elle est amplifiée par effet Doppler.

Cette disposition permet à l'EHT de couper un angle sur le ciel qui se mesure en microarcsecondes. Les membres de l'équipe de l'EHT parlent d'une netteté de vision comparable à celle qui permet de voir un bagel sur la surface de la Lune.

Même dans ce cas, des horloges atomiques, des algorithmes intelligents et d'innombrables heures de supercalcul sont nécessaires pour construire une image à partir de plusieurs pétaoctets (1 PB est égal à un million de gigaoctets) de données recueillies.

La façon dont un trou noir déforme, ou lentille, la lumière signifie qu'il n'y a rien d'autre à voir qu'une "ombre", mais l'éclat de la matière qui hurle autour de cette obscurité et s'étend en un cercle, appelé disque d'accrétion, trahit l'emplacement de l'objet.

Si vous comparez la nouvelle image à la précédente de M87, vous pouvez vous demander ce qui est différent. Mais il y a des distinctions essentielles.

"Parce que Sagittarius A* est un trou noir beaucoup plus petit - il est environ mille fois plus petit - la structure de son anneau change sur des échelles de temps qui sont mille fois plus rapides", a expliqué le Dr Ziri Younsi, membre de l'équipe de l'University College London, au Royaume-Uni. "C'est très dynamique. Les "points chauds" que vous voyez dans l'anneau se déplacent d'un jour à l'autre."

C'est ce qui ressort des simulations que l'équipe a réalisées et qui montrent ce que vous verriez si vous pouviez vous rendre au centre de notre galaxie et observer la scène avec des yeux sensibles aux radiofréquences.

Le gaz surchauffé et excité - ou plasma - de l'anneau se déplace autour du trou noir à une fraction importante de la vitesse de la lumière (300 000 km/s, soit environ 190 000 miles par seconde). Les régions plus brillantes sont probablement des endroits où la matière se déplace vers nous et où son émission de lumière est énergisée, ou "boostée par effet Doppler", en conséquence.

Ces changements rapides dans le voisinage de Sgr A* expliquent en partie pourquoi il a fallu beaucoup plus de temps pour produire une image que pour M87. L'interprétation des données a été un défi plus difficile à relever.

Les observations du télescope pour les deux trous noirs ont en fait été acquises au cours de la même période, début 2017, mais M87, avec sa taille supérieure et sa distance de 55 millions d'années-lumière, semble statique en comparaison.

Les scientifiques ont déjà commencé à déployer les mesures de la nouvelle image pour tester la physique que nous utilisons actuellement pour décrire les trous noirs. Jusqu'à présent, ce qu'ils voient est tout à fait conforme aux équations énoncées par Einstein dans sa théorie de la gravité, la relativité générale.

Nous soupçonnons depuis plusieurs décennies qu'un trou noir supermassif vit au centre de la galaxie. Quoi d'autre pourrait produire des forces gravitationnelles qui accélèrent les étoiles proches dans l'espace à des vitesses allant jusqu'à 24 000 km/s (à titre de comparaison, notre Soleil glisse autour de la galaxie à une vitesse tranquille de 230 km/s, soit 140 miles par seconde) ?

Il est intéressant de noter que lorsque le comité du prix Nobel a décerné son prix de physique aux astronomes Reinhard Genzel et Andrea Ghez en 2020 pour leurs travaux sur Sgr A*, la citation ne parlait que d'un "objet compact supermassif". Il s'agissait d'une marge de manœuvre au cas où un autre phénomène exotique s'avérerait être l'explication.

Il n'y a désormais plus aucun doute.

En août prochain, le nouveau super télescope spatial, James Webb, tournera son regard vers Sgr A*. L'observatoire de 10 milliards de dollars n'aura pas la résolution nécessaire pour imager directement le trou noir et son anneau d'accrétion, mais il apportera de nouvelles capacités à l'étude de l'environnement du trou noir grâce à ses instruments infrarouges incroyablement sensibles.

Les astronomes étudieront avec une précision sans précédent le comportement et la physique de centaines d'étoiles qui tournent autour du trou noir. Ils chercheront même à savoir s'il y a des trous noirs de la taille d'une étoile dans la région, et à trouver des preuves de la présence d'amas concentrés de matière invisible ou sombre.

"Chaque fois que nous disposons d'une nouvelle installation capable de prendre une image plus nette de l'Univers, nous faisons de notre mieux pour l'orienter vers le centre galactique, et nous apprenons inévitablement quelque chose de fantastique", a déclaré Jessica Lu, professeur à l'université de Californie à Berkeley (États-Unis), qui dirigera la campagne Webb.

Les résultats de la collaboration EHT sont publiés dans un numéro spécial de The Astrophysical Journal Letters.