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?