La naissance des théories liées aux trous noirs date maintenant d’il y’a plus d’un siècle, apparues en conséquence de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Il y’a peu, nos technologies ont permis de modéliser, virtuellement, les événements qui constituent un trou noir.

Les trous noirs sont un cas particulier au sein de cet univers. En effet, de nos jours, personne ne remet en doute leur existence, bien que personne n’aie encore pu réellement le prouver. Pour ce faire, le seul moyen est de réussir à en observer un de manière directe.

Aujourd’hui, deux télescopes révolutionnaires permettront enfin d’observer ce monstre gigantesque qu’est le trou noir !

Plus loin dans cet article, des simulations numériques vous révèlent à quoi devraient ressembler les premières images de ce superbe objet cosmique.

Image du cœur de NGC 1068 obtenue à partir des observations polarimétriques réalisées avec Sphere. L’image révèle, en noir, un double cone en forme de sablier et, en blanc, une structure allongée perpendiculaire au double cone. Lesia, Sphere

Image du cœur de NGC 1068 obtenue à partir des observations polarimétriques réalisées avec Sphere. Lesia, Sphere

Pour aborder ce vaste sujet, soit l’observation des trous noirs, voici une image (ci-dessus) marquant une étape clé dans l’histoire de leur observation. Tirée de l’observation de Damien Gratadour, avec l’aide du meilleur télescope jamais construit, le Very Large Telescope, situé dans le désert d’Atacama (Chili). Il faut cependant spécifier que cette image n’aurait pu atteindre un tel résultat sans l’ajout de l’instrument Sphère.

C’est dans la galaxie NGC1068, à seulement (ironie) 50 millions d’années lumière de notre Terre, que cet événement à pu être capturé par reconstitution, en collectant les photons en provenance du centre du télescope. On obtient ainsi une image d’un anneau vrillé de poussière. Il s’agit là du tore d’un trou noir !

Cette image constitue donc la toute première preuve de l’existence de tels tores. Les modèles théoriques liés, datant de 1980 prévoyaient en effet que de tels tores encerclent les trous noirs de manière systématique. Il s’agit de la première confirmation sur l’organisation de la matière autour d’un tel objet céleste.

Nul n’a encore jamais pu observer directement un trou noir. Ces monstres, si massifs qu’ils absorbent tout ce qui se trouve à leur portée, lumière comprise, existent dans notre imaginaire grâce aux différentes preuves théoriques découlant des équations de la relativité générale mais non seulement. Leur existence est également validée par l’observation de puissants jets de rayons X, par des centaines de simulations numériques ainsi que par la théorie de l’évolution des étoiles.

Quelques doutes règnent

Cependant, le doute est présent, faisant ainsi apparaître des explications nouvelles. Nous parlons plus précisément d’explications quant aux émissions en provenance des trous noirs.

Certains physiciens parlent de probables étoiles bosoniques. Bien que celles-ci restent entièrement théoriques pour le moment, elles seraient de taille et de masse similaires aux trous noirs. A la différence fondamentale que ces étoiles bosoniques seraient, comme leur nom le laisse présager, exclusivement constituées de bosons (semblables aux célèbres bosons de Higgs !). Aaah ces physiciens ! Des qu’ils découvrent quelque chose d’intéressant, ils ne résistent à la possibilité de l’inclure ici et là (clin d’œil positif à ne pas prendre de travers si vous êtes physicien) !

Il pourrait, toujours selon les théories alternatives, s’agir de « singularités nues ». Ce sont des cœurs de trous noirs en rotation si rapide qu’ils sont comme dénudés et donc privés de leur horizon des événements.

Tout cela pour rappeler encore une fois, que bien que toutes ces théories soient acceptées par les astronomes, l’existence de ces trous noirs reste encore et toujours virtuelle. Il s’agit pourtant d’un objet si concret qu’il représente l’une des images les plus fortes de la physique moderne. Cette situation en devient donc frustrante mais heureusement, cet inconfort ne demeurera plus pour longtemps car chers gens, il est venu le temps d’une nouvelle ère d’observation astronomique ! 

Une résolution sans égal

Le défi, c’est comme d’essayer de distinguer une pièce de 1 euro déposée sur la lune. De ce fait, deux télescopes révolutionnaires viendront nous libérer de notre frustration en nous apportant une technologie digne d’un roman de science fiction !

Le premier d’entre eux, Gravity, encore en phase de test, a été mis en service sur le Very Large Telescope au Chili en décembre dernier (2015). A croire que c’est un cadeau du père Noël. Ce joli cadeau permettra donc à nos astronomes de faire joujou avec 4 télescopes de 8 mètres mis en réseau et synchronisés grâce à la technologie de l’interférométrie. Pour vous faire une idée, cela correspond au potentiel d’un télescope qui mesurerait 130 mètres !

Le deuxième, situé non loin de son rival est l’Event Horizon Telescope (EHT) qui a la particularité de posséder un réseau de télescopes à l’échelle mondiale ! Celui-ci est d’ailleurs entrain de compléter son arsenal planétaire en intégrant les 64 antennes radio de l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA).

Autant dire qu’avec des puissances telles et avec l’aide de technologies observant à la fois l’infrarouge et les ondes radios (ce qui permet de voir au travers les épais écrans de gaz et de poussières qui recouvrent les trous noirs), nous serons capables de laisser apparaître, au travers de l’obscurité de notre galaxie et des mystères qui y règnent, le véritable visage des trous noirs.

Pour en revenir à la résolution des télescopes, extrêmement élevée grâce à la technologie de l’interférométrie et proportionnelle à leur taille théorique (130 mètres pour Gravity), il faut savoir que celle-ci est équivalente à la distance entre les télescopes mis en réseau. L’image ainsi reconstituée possède une résolution sans pareille et équivaut, pour l’EHT, à la résolution d’un télescope faisant la taille de notre planète !

Le problème de la résolution est donc maintenant résolu ! Il ne reste plus qu’a observer ! (Si seulement c’était si simple…). Pour nous le rappeler, il suffit de se dire que, bien que nos géants noirs soient absolument gigantesques, ils s’avèrent être ridiculement petits à nos yeux. En effet, le puissant Very Large Telescope a, avec peine, réussi à distinguer un tore de poussières 100 millions de fois plus grand que le trou noir en son centre.

Quels trous noirs observerons-nous ?

Pour commencer, il faut savoir que les trous noirs les plus petits, les trous noirs d’origine stellaire (issus de la mort d’une étoile), possèdent un diamètre d’environ 30 km seulement. Ce qui implique que les plus proches de notre tant aimée planète Terre ont une taille apparente (depuis la Terre) égale à celle d’une bactérie observée sur la surface de la lune.

Autant dire que malgré la puissance divine de nos deux télescopes high-tech Gravity et EHT, ceux-ci resteront hors de portée des critiques des bipèdes que nous sommes. Par contre, cela n’est pas le cas pour un autre type de trous noirs ! Les trous noirs supermassifs !

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(article sur plusieurs pages)

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