Il n’y a pas si longtemps, l’idée de photographier un trou noir était aussi chimérique que de photographier une licorne. Maintenant, les scientifiques ont non pas une mais deux images de deux trous noirs supermassifs différents – et ils ont tous deux l’air aussi magiques que des beignets enflammés.
« Je me souviens quand les trous noirs étaient purement théoriques », a déclaré Ellen Stofan, sous-secrétaire pour la science et la recherche au Smithsonian et ancienne scientifique en chef de la NASA, lors d’un panel post-révélation jeudi. Modérée par Stofan, la conversation a réuni quatre membres de l’équipe de scientifiques dirigée par Harvard qui, en 2019, a révélé au monde la première image d’un trou noir, un mastodonte surnommé M87 d’après sa galaxie, Messier 87. Quelques heures avant la table ronde, l’équipe a partagé une deuxième image – un gros plan de l’étoile A du Sagittaire (ou Sgr A *), le trou noir grignotant de la lumière et des débris cosmiques au centre de notre propre galaxie, la Voie lactée.
« Il ne fait aucun doute maintenant que nous avons vu des trous noirs pour la première fois », a déclaré Shep Doeleman, directeur fondateur de la collaboration Event Horizon Telescope, une équipe internationale de plus de 100 scientifiques dirigée par le Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. « C’est l’aube d’une nouvelle ère en astronomie. »
Dans cette nouvelle ère, les scientifiques pourraient prouver – ou réfuter – les théories de longue date d’Einstein sur la gravité et la relativité, trouver la Terre 2.0 ou découvrir un trou de ver vers un autre univers. (Ce dernier ne sera pas si difficile pour Doeleman, qui a dit, effrontément, qu’il vient d’un autre univers.)
Photographier un trou noir est encore plus difficile qu’il n’y paraît. Pour capturer des images d’objets si éloignés, « vous auriez besoin d’un télescope de la taille de la Terre », a déclaré Kari Haworth, ingénieur et directeur de la technologie du Centre d’astrophysique. « Nous ne l’avons pas fait parce que c’est impossible et que cela ruinerait l’opinion de beaucoup de gens », a-t-elle déclaré.
Au lieu de cela, les chercheurs ont transformé la Terre en un télescope géant en coordonnant des machines individuelles positionnées à Hawaï, au Chili, au Mexique, en Espagne, en France et ailleurs. Chaque équipe devait prendre une photo exactement au même moment. Parce que les trous noirs engloutissent tout ce qui se rapproche trop, même la lumière, ils ne peuvent pas être vus. Mais leur gravité massive attire et comprime la lumière et les débris à proximité, créant un tourbillon gazeux tournant qui regorge d’énergie. « Transformer la matière qui tombe en luminosité », c’est ainsi que Doeleman l’a dit.
Cette luminosité peut être vue et photographiée. Une partie de la lumière qui est attirée dans le champ gravitationnel du trou noir fait un demi-tour ou une boucle de boucle avant de s’échapper et de s’envoler en direction de la Terre, portant une image de son origine. La photographie finale de l’équipe EHT est un composite d’images prises par chaque télescope et empilées les unes sur les autres. Pour combiner toutes ces données, qui sont légères, capturées à un moment très précis, l’équipe devait réaliser un autre exploit étrange. Chaque équipe de télescope a gelé sa lumière, l’a stockée sur des disques durs (elle est trop volumineuse pour être envoyée sur Internet) et l’a transportée, par avion, vers un emplacement central.
M87, le premier trou noir à recevoir le traitement d’étoile, est environ 1 000 fois plus grand que l’étoile A du Sagittaire et beaucoup plus stable, mais les images sont sorties à peu près les mêmes, un coup pour l’EHT et Albert Einstein. Einstein a théorisé que les trous noirs n’ont que trois caractéristiques – la masse, le spin et la charge – et pas de « cheveux » (comme les astrophysiciens aiment appeler des propriétés supplémentaires). La seule différence est un léger flou dans l’image de l’étoile A du Sagittaire. Le trou noir de notre galaxie est plus agité, aussi agité qu’un tout-petit, et il est plus difficile de capturer une image nette de quelque chose qui change constamment, a déclaré l’astrophysicien Paul Tiede. De plus, il y a une soupe cosmique entre nous et l’étoile A du Sagittaire, ce qui obscurcit légèrement les images. « Même compte tenu de cela », a déclaré Tiede, « je suis toujours frappé par la similitude de ces images. »
D’après la façon dont les trous noirs sont décrits, vous pourriez vous attendre à ce qu’ils soient des monstres insatiables, aspirant tout dans l’espace comme un drain de baignoire. Pas exactement. Bien qu’ils soient les objets les plus puissants de l’univers – Doeleman a déclaré qu’un trou noir formé en pliant la Terre en deux pourrait alimenter Manhattan pendant un an – ils n’engloutissent pas des galaxies entières, mais déforment simplement l’espace-temps et déplacent les objets de leur destination. chemins.
C’est une bonne nouvelle car l’équipe EHT soupçonne qu’il y a un trou noir supermassif au centre de chaque galaxie. Mais même avec ces nouvelles images, Tiede a déclaré: « Nous ne savons presque rien à leur sujet. » (Quand on lui a demandé pourquoi les trous noirs avaient la forme d’un beignet, il a répondu : « Parce qu’ils sont délicieux. »)
« Les trous noirs vivent à la frontière de nos connaissances actuelles en physique et en astrophysique », a déclaré Angelo Ricarte, qui a amené son trou noir de compagnie nommé Poe – un orbe noir doux avec deux yeux écarquillés – à la table ronde. Ces nouvelles images aident déjà Ricarte et d’autres scientifiques à étudier l’étrange physique des gaz surchauffés en orbite autour des trous noirs, ainsi que la façon dont les mastodontes crachent des jets de ces gaz à un million d’années-lumière dans toutes les directions. Ces jets, a déclaré Ricarte, pourraient aider à expliquer « notre histoire d’origine cosmique », avoir des effets profonds sur l’évolution de notre galaxie ou relier les théories du très grand au très petit pour soutenir une théorie du tout. « Il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons toujours pas complètement dans cet environnement extrême », a-t-il déclaré.
Pour mieux comprendre, Doeleman veut construire un télescope encore plus grand en plaçant un autre appareil d’imagerie sur un satellite en orbite autour de la Terre. Il espère également capturer quelque chose de plus excitant qu’une photo d’un trou noir : un film d’un trou noir.
« Si nous pouvions chronométrer les orbites de la matière, ce serait un test complètement différent de la théorie d’Einstein », a-t-il déclaré.
Cette histoire est publiée avec l’aimable autorisation de Gazette de Harvard, journal officiel de l’Université de Harvard. Pour plus d’informations sur l’université, visitez Harvard.edu.