Les trous noirs

Encore un exploit de la technologie! Après la première image d'une exoplanète, la première image d'un trou noir! Du jamais vu!

Qu'est-ce qu'un trou noir?

C'est un trou , un puits dans lequel peuvent tomber des étoiles.  C'est une étoile en fin de vie, de masse énorme (sa masse peut être égale à des millions ou des milliards de fois celle du Soleil), elle s'éteint, s'effondre sur elle-même, sa matière est d'une telle intensité que l'attraction newtonienne qu'elle exerce  attire les étoiles qui s'en approchent. 

Il est noir parce qu'il n'émet aucune lumière, mais des bouffées de rayons X et de rayons gamma chaque fois qu'une étoile est engloutie. 

Nombreux sont les trous noirs dans l'Univers. Notre galaxie (la voie lactée) en possède un , énorme, en son centre mais soyez rassurés! notre Soleil et les planètes qui l'entourent se trouvent dans un bras de notre galaxie spirale très loin du trou noir (à 28 000 années-lumière, soit 266 milliards de km environ), nous ne risquons pas d'être engloutis dans le trou!

Dans cette simulation, nous sommes sur le bras d'Orion.

 

 

La détection indirecte des trous noirs

Pendant plusieurs décennies les trous noirs, ces "singularités" prédites par Einstein, ont été détectés indirectement: 

Un trou noir est une lentille gravitationnelle qui dévie les rayons lumineux comme une lentille de verre d'où la formation de nouvelles images de l'objet observé, que l'on peut détecter. 

Des bouffées de rayons X ou de rayons gamma d'une étoile engloutie dans un trou noir ont été détectées .

Des ondes gravitationnelles produites par la fusion de deux trous noirs ont été détectées par les interféromètres Ligo et Virgo.

La première image d'un trou noir

C'est un évènement exceptionnel, unique, vu dans le monde entier! Le 10 avril 2019 a été dévoilée la toute première image d'un trou noir supermassif niché au coeur de la galaxie M 87 située à 55 millions d'années-lumière de la Terre :

Comment a-t-on obtenu cette image?

L' EHT (Event Horizon Telescope) est un radiotélescope géant de la taille de la Terre obtenu en combinant par interférométrie huit radiotélescopes répartis dans le monde entier : 

• l'interféromètre ALMA  au Chili
• le radiotélescope APEX au Chili
• le radiotélescope de l'IRAM dans la Sierra Nevada en Espagne
• le Large Millimeter Telescope dans la Sierra Negra au Mexique
• le Submillimeter Telescope en Arizona
• le James Clerk Maxwell Telescope à Hawaï
• le Submillimeter Array à Hawaï
• le South Pole Telescope en Antarctique

Voici quelques uns (seulement) de ces radiotélescopes :

Le réseau d'antennes ALMA dans le désert d'Atacama au Chili.

Par interférométrie on obtient un radiotélescope géant qui sera en relation avec les autres radiotélescopes de l'EHT.

    

Le South Pole Telescope en Antarctique.

Ensemble, ces radiotélescopes de l'EHT permettent d'obtenir une résolution équivalente à la lecture d'un journal à Paris par une personne se trouvant à New-York!

Pendant deux ans une quantité stupéfiante de données (environ 350 téraoctets par jour pour chaque télescope) ont été synchronisées par des horloges atomiques, enregistrées sur des disques durs, puis rassemblées et corrélées dans deux centres de calcul, l'un en Europe et l'autre aux Etats-Unis, afin de produire l'image tant recherchée.

Que voit-on dans cette image?

On voit un anneau entourant le trou noir. Cet anneau flamboyant contient une quantité considérable de particules (l'arc lumineux) arrachées au passage de divers éléments de la galaxie.

Le contour de ce trou noir, la margelle de ce puits, c'est ce qu'on appelle "l'horizon du trou noir". Une étoile apparaissant à l'horizon atteint un point de non-retour, elle ne peut plus revenir en arrière, elle plonge inexorablement dans le trou noir en dégageant des bouffées de rayons X et de rayons gamma.

Questions

Après chaque découverte, il faut plusieurs années pour en tirer des résultats, répondre à bien des questions.

Un trou noir est une région de l'Univers dans laquelle l'espace-temps est profondément modifié (modification de la courbure de l'espace, modification du temps), dans quelle mesure nos lois de la physique s'appliquent-elles dans les conditions les plus extrêmes?

Existe-t-il une structure quantique au voisinage d'un trou noir? Pourrait-on trouver une théorie quantique de la gravitation?

Au centre de chaque galaxie il y a un trou noir. Quelles sont les activités de ce trou noir au sein de sa galaxie?

Sans doute, faudra-il attendre encore longtemps pour voir une belle image du trou noir Sagittarius A* de notre galaxie, la voie lactée?

Le microscope électronique

De l'infiniment grand passons à l'infiniment petit par la magie de mon blog. Alors que les télescopes  et radiotélescopes nous permettent de voir des objets de plus en plus loin et grands , les microscopes optiques et électroniques nous permettent de voir des objets de plus en plus petits.

Qu'est-ce qu'un microscope électronique ?    

La photo nous montre l'un des premiers microscopes électroniques, il fut construit par l'ingénieur allemand Ernst Ruska en 1933.

Au lieu d'utiliser un faisceau de lumière comme dans un microscope optique, on utilise un faisceau d'électrons permettant d'obtenir une résolution (distance minimale de deux points) beaucoup plus petite et un grossissement beaucoup plus grand que dans un microscope optique.

Il existe différents types de microscopes électroniques. Nous ne donnerons que les deux principaux.

Le microscope électronique en transmission

Un faisceau d'électrons est transmis à travers l'objet à observer, puis focalisé sur un écran fluorescent pour donner ensuite une image visible.

Le microscope électronique à balayage

Un faisceau d'électrons balaie la surface de l'objet à observer, puis il est réfléchi pour donner ensuite une image visible.

Titan Krios

Quel nom bizarre donné au microscope électronique le plus puissant du monde!

Il a été inauguré le 12 juillet 2018 à l'Institut Pasteur à Paris. Son aspect est bien différent des précédents! Une gigantesque armoire de 4 m de haut abrite un microscope électronique en transition cryogénique : les échantillons sont congelés très rapidement dans de l'azote liquide à -180° C pour être piégés dans une mince couche de glace qui leur assure une très grande stabilité. On peut ainsi stocker des milliards d'échantillons que l'on peut visualiser. C'est une véritable bibliothèque visuelle que n'importe quel spécialiste pourra consulter. C'est aussi une intelligence artificielle au service de la médecine, digne de Pasteur.

La résolution est de l'ordre du dixième de nanomètre (1 nanomètre = 1 milliardième de m) soit la taille d'un atome, et le grossissement est de plusieurs millions de fois. Titan Krios pourra ainsi observer des cellules cancéreuses, des virus, des bactéries, des protéines. Il pourra faire progresser la recherche dans le domaine des maladies neurodégénératives (Parkinson, Alzheimer,....).

Quelques images observées au microscope électronique

       Dossier de presse-Institut Pasteur

En haut à gauche: images du VIH.

En bas à gauche: lymphocytes infectés par le VIH observés dans un microscope électronique à balayage.
En haut à droite: plaque amyloïde caractéristique de la maladie d'Alzheimer.
En bas à droite: paire de filaments à hélice associée à la maladie d'Alzheimer observée dans Titan Krios.

Conclusion

Je relis ce que je viens d'écrire et je revois les mots: électron, microscope électronique, cryogénique, intelligence artificielle, nanomètre. Ce sont les mots d'une technologie galopante et merveilleuse. Dans l'infiniment petit!.....

Le VLT (Very Large Telescope)

Le VLT

Je suis sûr que vous serez émerveillés par les observations exceptionnelles du VLT (Very Large Telescope). C'est un ensemble de télescopes appartenant à l'ESO (European Southern Observatory) et se trouvant au Cerro Paranal dans le désert d'Atacama au Chili à 2635m d'altitude, sous un ciel pur dégagé de toutes perturbations atmosphériques.

Vous voyez à l'arrière-plan les 4 télescopes principaux, les UT (Unit Telescope) dont les miroirs ont un diamètre de 8,20 m.
Vous voyez, devant, dans des coupoles, les 4 télescopes auxiliaires, les AT (Auxiliary Telescope) dont les miroirs ont un diamètre de 1,80 m. Ils peuvent se déplacer sur des rails.

En plein jour. Les UT sont dans des bâtiments compacts. Au premier plan les 4 coupoles contenant les AT.

L'un des quatre bâtiments compacts est ouvert, un UT se prépare aux observations.

Le VLTI

Le VLTI (Very Large Telescope Interferometer) est un interféromètre construit sur le même principe que les interféromètres Ligo et Virgo (voir mon article "Les ondes gravitationnelles" du 10 février). Des faisceaux lumineux de plusieurs télescopes UT et AT, ces derniers se déplaçant sur des rails, sont rassemblés dans un tunnel pour donner des franges d'interférence aboutissant à l'image la plus nette possible de l'étoile: l'étoile est résolue.

On peut ainsi obtenir un télescope équivalent dont le miroir aurait pour diamètre 100 à 200 m. On pourrait voir les phares d'un véhicule ou une pièce de deux euros sur la Lune!!

Les observations au VLT

Les télescopes fonctionnent dans les longueurs d'onde allant du visible jusqu'à l'infrarouge.

Les grands télescopes UT sont indépendants et peuvent fonctionner séparément. Ils peuvent aussi fonctionner avec les télescopes auxiliaires AT en interférométrie dans le VLTI.

La première photo d'une exoplanète

Du jamais vu! Depuis 1995, date de la découverte des premières exoplanètes, on n'avait jamais photographié des exoplanètes, on  les observait indirectement par diverses méthodes (voir mon article "La chasse aux exoplanètes" du 28/01/2015).
Le VLT a réussi à photographier la planète 2M1207b (en rouge) en orbite autour de son étoile 2M1207 en bleu qui est une étoile  naine brune située à environ 170 années-lumière (1700 000 milliards de km).





Une étoile se rapproche dangereusement du trou noir au centre de notre galaxie

Depuis quelques années le VLT suit l'étoile bleue géante S2 qui se rapproche dangereusement de l'ogre, l'immense trou noir Sgr A* situé au centre de notre galaxie (la voie lactée). Elle finira bien par être avalée!












La plus grosse étoile jaune jamais observée

HR 5171 est 1300 fois plus grande que le Soleil, à 12000 années-lumière. Elle est au top 10 des plus grandes étoiles connues de la voie lactée.

Surprise! Elle a une compagne, une étoile beaucoup plus petite, formant un système binaire. Elles sont si proches l'une de l'autre que le système ressemble à une cacahouète géante.

Visites du VLT

Heureux les astronomes professionnels ou amateurs, les touristes allant au Chili visiter le VLT et regarder dans l'un de ces télescopes! L'émotion doit être grande, le spectacle inoubliable. On peut réserver à l'ESO trois ou quatre mois à l'avance.

Mais ne pensez-vous pas que vous avez fait une visite avec moi, virtuelle mais merveilleuse? Vous pouvez me répondre....