Crédit d’image: EHT Collaboration

En 2019, l’équipe de l’Event Horizon Telescope (EHT) a révélé la première photographie d’un trou noir. Ce trou noir est situé au centre de la galaxie Messier 87 (M87) et se trouve à 55 millions d’années-lumière de la Terre. L’EHT, un réseau de radiotélescopes, a maintenant photographié un trou noir beaucoup plus proche, Sagittarius A* (Sgr A*), qui existe au centre de la Voie lactée. Les deux trous noirs se ressemblent remarquablement, bien qu’ils soient de tailles radicalement différentes et soient entourés de différents types de galaxies. M87 est une galaxie elliptique, tandis que la Voie lactée est une galaxie spirale.

La collaboration Event Horizon Telescope, une équipe de recherche mondiale, a relié huit radiotélescopes sur Terre pour créer un télescope virtuel de la taille de la Terre. Bien qu’il soit beaucoup plus proche de la Terre – environ 27 000 années-lumière – le Sagittaire A* s’est avéré beaucoup plus difficile à photographier. « Le gaz à proximité des trous noirs se déplace à la même vitesse — presque aussi vite que la lumière — autour de Sgr A* et de M87*. Mais là où le gaz met des jours à des semaines pour orbiter autour du plus grand M87*, dans le beaucoup plus petit Sgr A* , il termine une orbite en quelques minutes seulement. Cela signifie que la luminosité et le motif du gaz autour de Sgr A * changeaient rapidement au fur et à mesure que la Collaboration EHT l’observait — un peu comme essayer de prendre une photo claire d’un chiot chassant rapidement sa queue », explique le scientifique de l’EHT Chi-kwan (« CK ») Chan, de l’Observatoire Steward et du Département d’astronomie et du Data Science Institute de l’Université de l’Arizona.

Les scientifiques ont développé de nouveaux outils pour tenir compte du gaz autour de Sgr A*. Le trou noir supermassif de M87, M87*, était une cible plus facile. Presque toutes les images capturées par l’EHT de M87* se ressemblaient. Ce n’est pas le cas de Sgr A*. L’image ci-dessus est une moyenne de différentes images capturées sur plusieurs nuits. L’image de Sgr A* est l’aboutissement de cinq années de travail de plus de 300 chercheurs de 80 instituts du monde entier qui composent l’équipe de collaboration EHT.

Vu de la Terre, Sgr A* est très petit dans le ciel. C’est comme essayer de regarder un beignet à la surface de la lune. De plus, il est invisible car il fait complètement noir. Cependant, le gaz incandescent entourant Sgr A * dément sa véritable nature. EHT écrit: « Bien que nous ne puissions pas voir le trou noir lui-même, car il est complètement sombre, un gaz incandescent autour de lui révèle une signature révélatrice: une région centrale sombre (appelée « ombre ») entourée d’une structure brillante en forme d’anneau. La nouvelle vue capture la lumière courbée par la puissante gravité du trou noir, qui est quatre millions de fois plus massif que notre Soleil. »

« La collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a créé une image unique (image du haut) du trou noir supermassif au centre de notre galaxie, appelée Sagittarius A* (ou Sgr A* en abrégé), en combinant des images extraites des observations de l’EHT.’ « L’image principale a été produite en faisant la moyenne de milliers d’images créées à l’aide de différentes méthodes de calcul — qui correspondent toutes avec précision aux données de l’EHT. Cette image moyenne conserve les caractéristiques les plus couramment observées dans les images variées et supprime les caractéristiques qui apparaissent rarement.’ « Les images peuvent également être regroupées en quatre groupes basés sur des caractéristiques similaires. Une image moyenne et représentative pour chacun des quatre groupes est affichée dans la rangée du bas. Trois des amas présentent une structure en anneau mais, avec une luminosité répartie différemment autour de l’anneau. Le quatrième groupe contient des images qui correspondent également aux données mais n’apparaissent pas en forme d’anneau.’ ‘Les graphiques à barres montrent le nombre relatif d’images appartenant à chaque cluster. Des milliers d’images sont tombées dans chacun des trois premiers groupes, tandis que le quatrième et le plus petit groupe ne contient que des centaines d’images. Les hauteurs des barres indiquent les « poids » ou contributions relatifs de chaque grappe par rapport à l’image moyennée en haut.’ Crédit: EHT Collaboration. Cliquez ici pour voir la version en pleine résolution.

L’image a longtemps été anticipée par les scientifiques qui pensaient qu’il devait y avoir un trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Nous avons maintenant la première preuve visuelle de son existence. L’image et les données aideront à mieux comprendre le fonctionnement des trous noirs supermassifs, en particulier par rapport à l’image précédente de M87*. « Nous avons deux types de galaxies complètement différents et deux masses de trous noirs très différentes, mais près du bord de ces trous noirs, elles se ressemblent étonnamment », explique Sera Markoff, coprésidente du Conseil scientifique de l’EHT et professeur d’astrophysique théorique à l’Université d’Amsterdam, aux Pays-Bas. « Cela nous indique que la Relativité générale régit ces objets de près, et toutes les différences que nous voyons plus loin doivent être dues à des différences dans le matériau qui entoure les trous noirs.’

La compréhension du comportement du gaz autour des trous noirs supermassifs n’est pas encore entièrement comprise, mais elle pourrait apporter des réponses aux questions pressantes sur la formation et l’évolution des galaxies. « Nous pouvons maintenant étudier les différences entre ces deux trous noirs supermassifs pour obtenir de nouveaux indices précieux sur le fonctionnement de ce processus important », a déclaré le scientifique de l’EHT Keiichi Asada de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica, à Taipei. « Nous avons des images de deux trous noirs — l’un à la grande extrémité et l’autre à la petite extrémité des trous noirs supermassifs de l’Univers — afin que nous puissions aller beaucoup plus loin dans les tests du comportement de la gravité dans ces environnements extrêmes que jamais auparavant.’