TROUS NOIRS. On pourra bientôt les « voir » !

Situés au centre des galaxies auxquelles ils imposent leur supériorité incontestable, ces monstres possèdent une masse des millions de fois supérieure à celle du soleil et leur diamètre se mesure en millions de kilomètres. Bien que la plupart d’entre eux soient également hors de portée étant donné leur distance inimaginable, il en existe quelques uns qui ne nous échapperons pas.

C’est par exemple le cas de notre majestueux mega bébé nommé Sagitarrius A*. Situé à (seulement) 27 000 années-lumière de distance, il s’agit du trou noir de notre propre galaxie. Sa masse représente 4,31 millions de fois celle du soleil pour un rayon de 44 millions de kilomètres.

Sans oublier qu’au sein de la galaxie M87 gravite un trou noir bien plus imposant. Plus gros encore, cet amas de questionnements théoriques pèse 6 milliards de fois le Soleil et son rayon serait de l’ordre de l’orbite de Pluton (plus de 4 milliards de kilomètres) !

Quelques précisions sur les trous noirs

Les trous noirs stellaires naissent suite à la mort des étoiles dites « massives ». Ceux-ci représentent alors plus de 3 fois la masse du Soleil pour un diamètre de 30 km.

Quant aux trous noirs supermassifs, attention tenez-vous bien, ils se trouvent peser jusqu’à plusieurs milliards de fois la masse de notre petit Soleil ! Il faut également savoir que ces géants brillent des milliers de milliards de fois plus que le Soleil (ce n’est pas le trou noir en soit qui brille, mais les gaz, poussières, étoiles à proximité). La raison ? La gravité. En effet, elle est tellement élevée en ces points qu’elle chauffe de manière absolument impressionnante les gaz gravitant autour d’eux, leur faisant ainsi atteindre des températures extrêmes (pour rester modeste avec les mots).

Deux cibles potentielles

L’optique nous fait cependant comprendre qu’il faudra bel et bien les observer tous deux ! En effet, étant donné leur importante différence de diamètre, ils possèdent une taille apparente similaire depuis la Terre. En réalité, vus depuis la Terre, ils paraissent tous deux de la taille d’une pièce de 1 euro située sur la surface de la lune.

Autant dire que nos deux instruments, Gravity et EHT, ont trouvé leurs cibles prioritaires ! Tout est donc prêt (du moins Gravity ainsi que les trous noirs), la course peut donc être lancée ! L’EHT quant à lui ne sera opérationnel qu’en 2017. D’ici là, Gravity pourra tenter de compenser sa différence de résolution d’image par rapport à l’EHT en débutant les observations très prochainement. Les premiers clichés devraient arriver courant 2016 !

La course maintenant lancée, il en va de soit vu son importance, de dire que l’équipe qui l’emportera fera la une des journaux du monde entier (du moins ceux qui traitent de science) ! Nous pourrons ainsi enfin voir à quoi ressemblent réellement ces titans de l’univers !

Comme déjà mentionné dans cet article, les astronomes ont cependant déjà effectué un grand nombre de simulations numériques afin de se faire une idée de ce à quoi devrait ressembler un trou noir ainsi que ses éléments proches (nuages de poussières et de gaz, etc.).

Intéressé ? Rendez-vous au paragraphe suivant !

Attention, trous noirs simulés en approche…

Voici à quoi devrait ressembler, à quelques différences près (notamment au niveau des couleurs, dues à la détection des températures), les images prochainement capturées par nos deux télescopes géants. Bien que les deux y apporteront leur touche au niveau du rendu visuel, on distingue dans cette capture d’image issue d’une simulation numérique effectuée par la Nasa, les différents éléments qui constituent un trou noir et ses environs.

Il faut savoir que chacun des télescopes observera en priorité, selon ses spécificités et sa capacité, certains éléments et aspects du trou noir. Les images prises et les études effectuées par les deux équipes seront donc différentes. Dans l’image ci-dessus, l’on peut constater le nuage de matière (gaz et poussières) orbitant autour du trou noir et également distinguer cet anneau composé de photons, l’anneau photonique.

Pour les plus curieux, voici la vidéo officielle de la simulation, diffusée par la NASA :

Deux titans, aux yeux différents

Commençons par parler plus en détail de nos deux instruments titanesques.

Gravity

L’instrument, en phase de test depuis décembre dernier, développe des images en recombinant les données relevées par ses 4 télescopes mesurant pas moins de 8 mètres de haut. Il reconstruit, par interférométrie, des images possédant une résolution similaire à celle d’un télescope de 130 mètres !

Localisation : Chili, Very Large Telescope (4 télescopes)
Date de mise en service : Décembre 2015
Résolution : 4 millisecondes d’arc
Longueur d’onde : Infrarouge proche (2,2 micromètres)

Lorsqu’il sera temps, l’instrument scrutera le disque de matière tournant autour de notre trou noir, Sagittarius A*, et déterminera s’il contient des points chauds en rotation (voir illustration) ou des jets de matière. Le point chaud devrait circuler à une vitesse proche de celle de la lumière et apparaitra à l’image sous la forme d’une tache floutée.

EHT (Event Horizon Telescope)

Ce télescope gargantuesque fonctionnera grâce à la mise en réseau d’un grand nombre de télescopes et ce, à l’échelle planétaire ! L’instrument, en comptant déjà 7, se verra augmenté des 64 antennes radiotélescopiques situées à Alma, au Chili. On obtient ainsi une résolution jamais atteinte à ce jour et qui permettra d’observer le trou noir de notre belle Voie lactée d’un œil divin !

Localisation : Etats-Unis, Hawaï, Mexique, Chili, Antarctique, France (79 télescopes)
Date de mise en service : 2017
Résolution : 20 microsecondes d’arc
Longueur d’onde : Millimétrique (1,3mm)

Qu’est-ce qui sera relevé, mesuré, étudié ? Et les conséquences ?

Dans le cas de l’équipe de Gravity, ils mesureront la trajectoire du disque d’accrétion en direct afin de vérifier sa concordance avec les lois de la relativité générale et également si elle parvient à confirmer la présence d’un trou noir en son centre.