Prédits par la théorie mais jamais directement détectés, les trous noirs, ces objets super massifs qui, par l'effet de l'attraction gravitationnelle, avalent toute matière et lumière passant à proximité, ont pour la première fois été captés par un réseau de radiotélescopes.

Première image directe d'un trou noir, révélée le 10 avril 2019
Première image directe d'un trou noir, révélée le 10 avril 2019 © The EHT collaboration

Six conférences de presse simultanées dans six villes du monde (Bruxelles, Washington, Singapour, Tokyo, Shanghai et Santiago)... L'annonce était de taille pour mériter ce traitement particulier annoncé à grand renfort de communiqués de presse. Et en effet, un trou noir, objet fascinant quoique largement énigmatique vient de livrer son meilleur profil : à 60° !

Les trous noirs sont des objets célestes hyper massifs. Ils concentrent une masse phénoménale dans un tout petit volume, un peu comme si l'on mettait la Terre dans un dé à coudre. Ils font de un million à plusieurs milliards de fois la masse du Soleil.  Ils peuvent être de deux types : "stellaires", quand ils résultent de la fin de vie d'une étoile ou "galactiques", quand ils siègent au centre des galaxies de l'Univers. Ils s'expliquent par la théorie de la relativité générale. Toute matière ou lumière passant à proximité se trouve absorbée sans possibilité de s'échapper du trou noir. Cette zone de non-retour, les astrophysiciens l'appellent l'horizon des événements.

Et c'est la raison pour laquelle le réseau de radiotélescopes conçu pour les détecter se nomme EHT, "Event Horizon Telescope". Le résultat des huit engins pointés vers la même région du ciel les 5,6 11 et 12 avril 2017 est la première preuve directe de l'existence de ces fascinants objets célestes. "On ne s'attendait pas à ce que la première campagne d'observation marche si bien", avoue Frédéric Gueth, directeur adjoint de l'IRAM, l'institut de radioastronomie millimétrique, impliqué dans le réseau et auquel appartient l'antenne 30M de Pico Veleta dans la Sierra Nevada en Espagne, à quelques kilomètres de Grenade.

Seuls deux trous noirs à portée de radiotélescope

L'EHT fonctionne en réseau (9 antennes radio en 2017, 11 aujourd'hui). Grâce à la délicate technique dite de l'interférométrie à large base,  les données, une fois collectées, sont corrélées. Elles permettent en quelque sorte de simuler une immense antenne de la taille des observatoires les plus éloignés (9.000 km entre le Chili et l'Europe). À portée de cet observatoire hors du commun, seulement deux trous noirs : Sagittarius A* logé au cœur de notre galaxie, la Voie Lactée et celui situé au centre de la galaxie M87.

Sagittarius A*, capable de contenir 4,1 millions de Soleils, est à 26 000 années-lumière de nous. M87, 1 500 fois plus massif est situé à 53 millions d'années-lumière. C'est lui qui se dévoile aujourd'hui dans une série de six articles parus dans "Letters of astrophysics".

L'antenne 30M de l'IRAM au sommet Pico Velata dans la sierra nevada (Espagne)
L'antenne 30M de l'IRAM au sommet Pico Velata dans la sierra nevada (Espagne) © Radio France / sophie becherel

L'image tant attendue est celle du trou noir en ombre chinoise. "Par définition, on ne voit pas un trou noir puisqu'aucune matière ou lumière ne s'en échappe et quelque soit la longueur d'ondes utilisée pour l'observation" rappelle Frédéric Gueth. "On a donc eu l'idée de le voir par contraste et de faire apparaître le fond brillant" ajoute t-il en détaillant l'image.

Ainsi, voit-on une zone noire entourée d'un halo lumineux dont une partie, en forme de croissant, est plus lumineuse. Elle est dûe à l'effet Doppler : la partie la plus proche de l'observateur du disque de matière en rotation apparaît plus lumineuse.

Le trou noir tel que dessiné par Jean-Pierre Luminet en 1979
Le trou noir tel que dessiné par Jean-Pierre Luminet en 1979 / Jean-Pierre Luminet/photothèque CNRS

Exactement comme on l'attendait

C'est en tout point conforme à la toute première image simulée il y a 40 ans par l'astrophysicien du CNRS Jean-Pierre Luminet, et qu'il avait réalisé lui-même à l'encre de chine et en noir et blanc. Goguenard, le théoricien en apprenant la nouvelle fait mine de ne pas être étonné : "quand on fait correctement son travail, que l'on écrit correctement les équations pour calculer la propagation des rayons lumineux dans l'espace-temps, c'est normal d'avoir une image correcte".

Il n'empêche : voir la théorie coller à ce point à la réalité est stupéfiant. Jean-Pierre Luminet avait simulé un trou noir vu à 10°. Celui capturé par l'EHT est vu sous un angle de 60°. Au sein de l'IRAM, l'antenne de 30 m de Pico Velata, située en haut des pistes de ski à 2800 m d'altitude, a grandement contribué à la réussite de l'observation. "Avoir la taille permet de déduire avec plus de précision la masse" souligne Frédéric Gueth.

Dès cette année, l'inclusion des six nouvelles antennes du télescope Noema, sur le plateau de Bures dans les Hautes Alpes, les plus sensibles au monde en astronomie millimétrique, devrait permettre d'améliorer encore l'image du trou noir M87. Les astronomes comptent dessus pour compléter les données déjà récoltées pour Sagittarius A* et fournir une première image du centre de notre galaxie.

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