Nous pourrons bientôt voir des vidéos de vrais trous noirs en pleine action, engloutissant tout ce qui les entoure

La semaine dernière, l’équipe de l’Event Horizon Telescope (le télescope EHT) a publié la toute première image de l’ombre d’un trou noir projetée contre le gaz chaud de son disque d’accrétion.

Bientôt, « l’EHT produira le tout premier film montrant ce gaz chaud tourbillonnant de manière chaotique autour de l’ombre », ont déclaré les responsables du projet, qui ont pris la parole dimanche 14 avril 2019, lors de la réunion d’avril de l’American Physical Society.

L’EHT n’est pas un télescope unique : il s’agit d’un réseau de radiotélescopes répartis dans le monde entier, qui enregistre simultanément des ondes précises et synchronisées. Ces enregistrements peuvent être combinés de manière à ce que les différents télescopes agissent en tant qu’un seul et unique télescope. Le diamètre du télescope virtuel ainsi créé équivaut à celui de la Terre.

Shep Doeleman, l’astronome de l’Université de Harvard qui dirige le projet EHT, a déclaré que « le niveau de détail des images devrait augmenter considérablement tandis que les radiotélescopes individuels rejoignent l’EHT et que l’équipe met à jour la technologie d’enregistrement du projet ».

De ce fait, par la suite, l’équipe devrait pouvoir produire des séquences vidéos mettant en scène de véritables trous noirs. « Il se trouve que même maintenant, avec ce que nous avons, nous pourrions peut-être, avec certaines hypothèses antérieures, examiner les signatures en rotation [preuve du disque d’accrétion tournant autour de l’horizon des événements] », a déclaré Doeleman. « Et puis, si nous avions beaucoup plus de stations, alors nous pourrions vraiment commencer à voir des vidéos en temps réel du disque d’accrétion du trou noir ainsi que de sa rotation », a-t-il ajouté.

Dans le cas du trou noir supermassif se trouvant au sein de la galaxie M87, Doeleman a déclaré qu’élaborer un film « serait plutôt simple ». En effet, il faut savoir que le trou noir en question est gigantesque, même pour un trou noir supermassif au centre d’une galaxie : il représente 6.5 milliards de fois la masse du Soleil, avec son horizon des événements (le point au-delà duquel même la lumière ne peut s’échapper), générant ainsi une sorte de sphère aussi large que l’ensemble de notre système solaire. La matière chaude du disque d’accrétion de ce trou noir prend donc beaucoup de temps pour faire un seul voyage autour de l’objet.

« L’échelle de temps sur laquelle [M87] change sensiblement est supérieure à un jour. C’est formidable », a déclaré Doeleman, car cela signifie que l’EHT peut filmer l’objet, une image à la fois. « Nous pouvons prendre une première image. Ensuite, si nous en voulons une autre ou que nous désirons réaliser une vidéo time-lapse, alors nous pouvons le faire le lendemain, ou la semaine suivante. Nous pouvons aussi prendre une photo chaque jour sur sept semaines et voir comment tout cela évolue au fil du temps », a ajouté Doeleman.

Mais le trou noir supermassif de la galaxie M87 n’est pas le seul trou noir supermassif observé par le télescope EHT. En effet, l’équipe de scientifiques se penche également sur Sagittarius A*, le trou noir supermassif situé au centre de notre propre galaxie, la Voie lactée, et envisage de publier bientôt la première image de ce trou noir. De plus, les chercheurs de l’ISE souhaitent également produire des vidéos de ce trou noir, qui seraient plus détaillées et mieux étudiées, mais selon Doeleman, ce projet sera plus compliqué.

À savoir que le trou noir Sagittarius A* est environ 1000 fois moins massif que le trou noir de la galaxie M87. De ce fait, « l’image change 1000 fois plus rapidement », explique Doeleman. « Cela veut dire que l’image du trou noir changera en quelques minutes ou en quelques heures. Il est donc nécessaire de développer un algorithme fondamentalement différent, car c’est comme si l’objectif de votre appareil photo était bouché et que quelque chose bougeait pendant la prise de vue », a ajouté Doeleman.

Dans le but de réaliser une vidéo, l’EHT devra non seulement collecter toutes les données nécessaires à la création d’une image du trou noir, mais également diviser ces données en plusieurs parties dans le temps. Ensuite, l’équipe devra comparer ces morceaux les uns avec les autres en utilisant des algorithmes sophistiqués pour comprendre de manière précise comment l’image change.

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« Nous devons trouver un moyen de regarder les premiers éléments de données, puis les éléments suivants, et ensuite en faire un film. C’est pour cette raison que les membres de notre équipe travaillent sur ce que nous appelons l’imagerie dynamique », explique Doeleman.

Cette approche utilise des modèles de déplacement de l’image, en comparant ces derniers aux données réelles pour déterminer si elle convient. « Il faut être intelligent et comprendre comment les données de cette tranche de temps sont liées à une autre tranche de temps, survenant juste après. Ainsi, par exemple, l’on peut se dire : ‘‘OK, ça peut avoir bougé, mais le mouvement ne pouvait pas être aussi ample’’, etc… », a déclaré Doeleman.

C’est en utilisant ce type de contraintes que l’équipe peut convertir des quantités limitées de données en images complètes du trou noir Sgt A* en mouvement. De ce fait, l’équipe prévoit également de mettre sur pied des vidéos montrant le trou noir supermassif du centre de notre galaxie.

Selon Avery Broderick, un astrophysicien à l’Université de Waterloo au Canada, qui travaille à l’interprétation des images du télescope EHT, ces vidéos devraient révéler de nouveaux détails sur le comportement des disques d’accrétion autour des trous noirs, y compris sur la manière dont ils engloutissent la matière environnante.