La toute première photo d’un trou noir est presque prête. Voici à quoi elle pourrait ressembler

L’année 2019 est arrivée. Avec elle, on nous promet un moment splendide en astronomie. Depuis des années, le télescope Event Horizon travaille à nous apporter la toute première photographie télescopique de l’horizon des événements d’un trou noir.

En effet, malgré leur popularité dans l’imaginaire public, nous n’avons jamais vu un trou noir. Et la raison en est d’une simplicité dérisoire.

Les trous noirs sont littéralement invisibles. L’attraction de leur gravité est si immense que, au-delà d’un certain point, rien ne s’échappe. Cela inclut le rayonnement électromagnétique – comme les rayons X, l’infrarouge, la lumière et les ondes radio – qui nous permettrait de détecter directement l’objet.

Ce point de non-retour s’appelle l’horizon des événements, et en plus d’être un endroit terrifiant où vous ne voulez jamais vous retrouver, c’est aussi notre clé pour visualiser un trou noir.

Bien que nous ne puissions peut-être pas voir le trou noir lui-même, il y a une chance que son horizon d’événement puisse être photographié ; et nous sommes très près d’en voir les résultats grâce au télescope Event Horizon (EHT), qui doit être annoncé publiquement d’un jour à l’autre.

Mais bien avant l’EHT, il y avait un astrophysicien nommé Jean-Pierre Luminet. Dès 1978, il nous a donné ce que l’on pourrait considérer comme la toute première image de l’horizon des événements d’un trou noir.

Ce n’est pas, bien sûr, une vraie photo. Luminet, qui avait une formation en mathématiques, a utilisé ses compétences pour réaliser la première simulation sur ordinateur d’un trou noir pour un observateur, à l’aide d’une carte perforée IBM 7040 des années 1960.

“À l’époque, c’était un sujet très exotique, et la plupart des astronomes ne croyaient pas en leur existence”, a dit M. Luminet à ScienceAlert.

“J’ai voulu explorer la physique étrange des trous noirs et proposer des mécanismes spécifiques qui pourraient aider à obtenir des signatures indirectes de leur existence même. Aussi, pour poursuivre le jeu de mots, avec mon nom ‘Luminet’, j’ai beaucoup aimé l’idée qu’une étoile parfaitement non lumineuse peut donner naissance à des phénomènes observables.”

Après les données reçues par l’ordinateur, Luminet a ensuite dessiné minutieusement le tracé à la main au stylo et à l’encre de Chine sur du papier négatif, comme s’il s’agissait d’un imprimeur humain.

Cette image floue – vue ci-dessus – montre à quoi pourrait ressembler un disque plat de matériau tombant dans un trou noir si nous étions assez proches pour le voir. Il n’a pas l’air plat, car l’intense gravité du trou noir fait tourner la lumière autour de lui.

“En effet, le champ gravitationnel courbe tellement les rayons lumineux près du trou noir que la partie arrière du disque est ‘révélée'”, explique Luminet dans un article publié sur arXiv l’année dernière.

“La courbure des rayons lumineux génère également une image secondaire qui nous permet de voir l’autre côté du disque d’accrétion, du côté opposé du trou noir de l’observateur.”

Luminet fut le premier, mais il n’était pas le seul à être captivé par le mystère de ce à quoi pourrait ressembler un trou noir. Depuis lors, d’autres ont tenté de visualiser ces objets et ont même mis leurs efforts sur le grand écran.

photo d'un trou noir

Gargantua, le trou noir de l’interstellaire. (Paramount Pictures)

Le film Interstellar de Christopher Nolan, tourné en 2014, a été salué pour sa représentation soi-disant “scientifiquement exacte” d’un trou noir, basée en grande partie sur les travaux menés par Luminet des décennies auparavant, et créée en consultation avec le physicien théoricien Kip Thorne de Caltech.

Au final, le film a opté pour une version simplifiée, pour être moins confus et plus joli à l’écran.

C’était certainement impressionnant ; mais, selon Luminet et Thorne, ce n’est pas vraiment à quoi ressemblerait un trou noir.

Les images primaires et secondaires créées par le champ gravitationnel sont présentes et correctes. Mais, contrairement à l’image de Luminet, la luminosité du disque est uniforme.

photo d'un trou noir

Une simulation d’un trou noir d’un article de Thorne et de ses collègues sur les techniques de CG utilisées pour développer Gargantua. (James et al./Classical and Quantum Gravity)

“C’est précisément cette forte asymétrie de luminosité apparente, qui est la signature principale d’un trou noir, le seul objet céleste capable de donner aux régions internes d’un disque d’accrétion une vitesse de rotation proche de celle de la lumière et d’induire un très fort effet Doppler”, a écrit Luminet.

Il a rédigé un article de 15 pages sur la science du film et Thorne lui-même a écrit un livre sur le sujet.

Vous remarquerez peut-être que toutes ces versions d’un trou noir sont très différentes d’un autre type d’image de trou noir que vous avez peut-être déjà vu, surtout depuis la découverte de LIGO en 2016.

Celles-ci sont basées sur les travaux de l’astrophysicien Alain Riazuelo, du Centre national de la recherche scientifique et de l’Union astronomique internationale, qui a simulé pour la première fois un tel trou noir en 2016.

La raison pour laquelle ces trous noirs semblent différents est que l’œuvre d’art montre un trou noir au repos – un trou noir sans disque d’accrétion.

Privée de ce voile de poussière et de gaz, la gravité du trou noir déforme l’espace derrière elle ; si nous étions assez proches pour voir le trou noir comme ceci, nous serions en mouvement, capturés par sa gravité en orbite. C’est pourquoi il semble se déplacer dans le champ des étoiles.

Dans le cas de deux trous noirs ensemble, comme on le voit dans la vidéo LIGO, chaque trou noir a une petite image secondaire en forme de banane de l’autre trou apparaissant derrière lui.

L’EHT s’est concentré sur le Sagittaire A*, le trou noir supermassif au centre de notre propre galaxie, la Voie lactée.

Nous ne savons pas ce que nous allons voir ; il est possible que les données ne retournent que quelques pixels flous. (Si c’est le cas, d’autres télescopes se joindront à la collaboration, et les scientifiques réessaieront.)

Étant donné que le trou noir avait un disque d’accrétion pendant les observations, nous prévoyons quelque chose qui ressemble beaucoup à l’œuvre de Luminet.

De plus, nous espérons que cette collaboration nous aidera à mieux comprendre la polarisation du rayonnement, la structure du champ magnétique et les jets relativistes du trou noir. Il a déjà fourni des indices sur la structure de l’espace autour du trou noir.

Mais quelle est la partie la plus passionnante du travail de l’EHT ? On est totalement d’accord avec Luminet sur ce coup-là.

“La photo du disque d’accrétion !” dit-il. Et nous avons hâte d’y être.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche

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