Retour sur la première (véritable) image d'un trou noir

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Par Azar Khalatbari avril 2019 (Sciences et Avenir)

Pour la première fois une équipe internationale d’astrophysiciens a réussi à obtenir en avril dernier, une photo d’un trou noir supermassif M87*, au cœur de la galaxie M87! Une première rendue possible grâce à un télescope d’un genre nouveau, l’Event Horizon Télescope.

Oublions les simulations numériques qui nous présentaient jusque-là des images reconstituées de trous noirs ! Place à la vraie photo pour la première fois. L'équipe a dévoilé à l'échelle mondiale la première photo de M87*, le trou noir supermassif au cœur de la galaxie M87, situé à 55 millions d'années-lumière de la Terre dont la masse équivaut à 6,5 milliards de masses solaires. (lire ci-dessous l'interview de Roberto Neri, astrophysicien à l'IRAM , Institut de radioastronomie millimétrique à Grenoble et un des 200 signataires de l'article).

Pour obtenir  cette première photo, il a fallu mettre en réseau pas moins de 8 radiotélescopes répartis à travers le Globe pour former dès 2006 un projet fou celui d’un télescope virtuel grand comme la Terre dont l’objectif était bien clair dès le départ : essayer d’obtenir des photos des trous noirs. Treize ans après, c’est fait ! Mais rassembler les données pour en faire une photo a pris tout de même deux longues années, tenant en haleine les curieux du ciel et les astrophysiciens eux même. Il a fallu en effet attendre 4 jours d’une atmosphère limpide – car la vapeur d’eau absorbe aussi les ondes millimétriques, la même longueur d’onde que celle utilisée pour les observations- En avril 2017 une telle aubaine se présentait  et les huit radiotélescopes, chacun muni de leur horloge atomique interne ont pu se tourner vers le trou noir exactement en même temps, à un dix millième de milliardième de seconde près. Deux candidats étaient en vue : M87* et SgrA* (Sagittarius A*), le trou noir supermassif de notre galaxie, la Voie Lactée, situé  "seulement" à 25.000 années-lumière mais 1700 fois moins massif. En effet , Sgr A* a une masse de 4millions de fois celle du Soleil, « seulement ». Finalement après deux années de traitement de données, voici pour la première fois M87* , un vrai trou noir en vrai photo. Reste maintenant à améliorer le système pour que d’autres trous noirs se laissent tirer le portrait.

Question à Roberto Neri de l’IRAM :

Le trou noir supermassif de notre galaxie a beau être beaucoup plus près de nous, il est aussi moins massif et donc développe moins d’énergie gravitationnelle. De plus petite taille, il varie toute les quelques minutes. À cause de cette variabilité nous avons besoin de plus de temps et des études plus précises pour obtenir son image

Il faut avoir à l’esprit les effets d’un champ gravitationnel intense sur la lumière, tel que prédits par les travaux d’Einstein. En effet, la gravité d’un objet massif dévie la lumière comme le ferait une lentille. C’est le cas à chaque fois qu’un astre massif se trouve sur la ligne de visée entre l’observateur et  une étoile lointaine. La lumière de l’étoile est déviée et son image paraît déformée. Un trou noir est une lentille gravitationnelle très intense et de ce fait provoque des phénomènes surprenants : par exemple, la lumière émise derrière le trou noir est redirigée par le champ gravitationnel vers l’observateur sur Terre, ce qui nous permet de voir le disque derrière le trou noir. De même à cause de la rotation du disque et du trou noir, l’image semble asymétrique.

L’étape d’après est d’observer à une longueur d’onde plus petite (0,80 mm au lieu de 1,3 mm) pour améliorer encore la résolution angulaire de 35%  et atteindre ainsi 15 microseconde d’arc, soit la taille qu’aurait une bille à jouer posée sur la Lune, vue depuis la Terre.