VIDEO. Première photo d’un trou noir : Pourquoi ce mercredi marquera l’histoire de l’astronomie ?

ASTRONOMIE Les rabat-joie diront que l’image est floue et pas très jolie. Il n’empêche, la première image d’un trou noir, révélée ce mercredi, enthousiasme les astrophysiciens Alain Riazuelo et Nathalie Deruelle. Ils nous expliquent pourquoi

Fabrice Pouliquen

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Avant cette photo, du site de la Nasa au film «Interstellar», toutes les images de trous noirs n’étaient que des simulations informatiques ou artistiques.
Avant cette photo, du site de la Nasa au film «Interstellar», toutes les images de trous noirs n’étaient que des simulations informatiques ou artistiques. — EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORY / AFP
  • C’est une image historique qui a été dévoilée mercredi par le consortium scientifique international Event Horizon Telescope : le trou noir central de la galaxie géante M87.
  • Après la première détection des ondes gravitationnelles en 2015, il s’agit d’une preuve supplémentaire de l’existence des trous noirs, prédits par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.
  • Cette image est aussi une prouesse technologique qui ouvre de nouveaux horizons pour l’observation de l’univers.

Un rond sombre au milieu d’un disque flamboyant. Pour la première fois de l’histoire de l’astronomie, une équipe de scientifiques a révélé mercredi la véritable image d’un trou noir. Celui niché au cœur de la galaxie M87, située à environ 50 millions d’années-lumière de la Terre.

La prouesse est à mettre au crédit du projet international baptisé Event Horizon Télescope (EHT). Il a consisté, en avril 2017, à synchroniser parfaitement huit radiotélescopes répartis autour du globe, de manière à en faire un télescope virtuel qui a ensuite été braqué sur le fameux trou noir.

Deux ans plus tard, les premières images ont été dévoilées ce mercredi au cours d’une conférence savamment orchestrée. Cela valait le coup, assurent les astrophysiciens Alain Riazuelo, de l’Institut d’astrophysique de Paris, et Nathalie Deruelle, du laboratoire Astroparticule et cosmologie. Ils expliquent à 20 Minutes la portée de cette première image.

Pourquoi EHT n’a pas vraiment photographié un trou noir ?

Pour le comprendre, il faut commencer par expliquer ce qu’est un trou noir. « C’est une région de l’espace dont le champ gravitationnel est tel que vous ne pouvez pas y échapper, décrit Alain Riazuelo. Par exemple, pour quitter la Terre afin d’aller sur la Lune, il faut atteindre une vitesse de 11,2 km par seconde. A la surface d’un trou noir, la vitesse qu’il faudrait atteindre pour lui échapper serait supérieure à 300.000 km par seconde, soit la vitesse de la lumière. Or, si même la lumière ne peut s’échapper, rien d’autre ne peut le faire. »

Le tout donne un objet céleste d’une masse extrêmement importante dans un volume très petit. Et par définition invisible, puisque rien ne peut s’en échapper. Ni matière, ni lumière, ni onde radio. Autrement dit, Event Horizon Télescope n’a pas photographié un trou noir, mais le disque d’accrétion, c’est-à-dire la matière – du gaz extrêmement chaud et composé de restes d’étoiles déchiquetées – qui entoure le trou noir. Tant qu’elle n’a pas été avalée, cette matière est observable. C’est ce disque flamboyant que l’on aperçoit sur la photo et qui permet, par contraste, d’observer le trou noir.

Pourquoi ce cliché fera date dans l’histoire de l’astronomie ?

Certes, l’image est floue, pas très jolie même. Alain Riazuelo le concède mais invite davantage à se focaliser sur la prouesse technologique qui a permis de l’obtenir. « Imaginez un télescope qui serait capable de vous montrer depuis la Terre l’empreinte des pas de Neil Armstrong sur la Lune…, commence-t-il. C’est un défi comparable à celui relevé par l’EHT pour réaliser cette première image d’un trou noir. »

C’est toute la difficulté avec les trous noirs. Ceux qui ne sont pas trop « petits » pour être observés dans les détails sont situés très loin de nous. « Le projet EHT avait aussi tenté de capter des images d’un deuxième trou noir, Sagittarius A*. Il est bien moins loin car situé dans notre galaxie, à 26.000 années-lumière, raconte Nathalie Deruelle. Paradoxalement, Sagittarius A* est plus compliqué à observer car 1.000 fois plus petit que le trou noir de M87. Sa masse est de 4,1 millions de fois celle du Soleil, contre 6 milliards pour le deuxième. Et parce qu’il est tout petit, il est aussi très instable, ce qui complique la possibilité d’en capter une image nette. » « A l’inverse, le trou noir de M87, même si vous l’observez à quelques jours d’intervalle, vous allez voir rigoureusement la même chose », complète Alain Riazuelo.

Pourquoi Albert Einstein -ou plus précisément sa théorie de la relativité générale- sort grandi de cette image ?

Formulée en 1915, cette théorie démontrait pour la première fois qu’une étoile peut, dans certaines situations, se contracter sur elle-même jusqu’à former un objet dont plus rien, ni la matière, ni la lumière, ne peuvent en sortir. « Mais Albert Einstein lui-même avait du mal à y croire complètement », indique Nathalie Deruelle. Pour confirmer cette théorie, il fallait accumuler des preuves. « L’existence des trous noirs était tout de même un fait avéré au sein de la communauté scientifique depuis la première détection des ondes gravitationnelles prédites par Albert Einstein », précise Alain Riazuelo. C’était en 2015, grâce aux interféromètres Ligo (aux Etats-Unis), et Virgo (en Italie). « L’onde observée permettait de savoir qu’elle provenait de la rencontre de deux trous noirs, tournant l’un autour de l’autre. C’était une première preuve de l’existence de trou noir », explique Nathalie Deruelle. L’image dévoilée ce mercredi en est une supplémentaire. La preuve ultime, d’une certaine façon.

Quelles nouvelles portes ouvrent le projet l’Event Horizon Télescope ?

« Puisque nous sommes désormais sûrs que ces objets célestes existent, ce qui intéresse désormais les astronomes est de voir comment ces trous noirs interagissent avec leur environnement, indique Alain Riazuelo. Sur l’image dévoilée ce mercredi, on voit le bord interne du disque de matière autour du trou noir. Lorsque les données seront plus nombreuses, il sera sans doute possible de voir plus nettement encore ce disque d’accrétion, y compris dans sa partie la moins lumineuse, d’observer comment il tourne, y repérer des zones plus chaudes… »

Alain Riazuelo et Nathalie Deruelle n’ont pas non plus abandonné totalement l’idée que les astronomes de l’Event Horizon Télescope nous montrent un jour une image de Sagittarius A*, ni d’avoir à l’avenir des images plus nettes encore du trou noir de M87. Il faudra tout de même franchir un nouveau cap technologique. « C’est simple, si vous voulez améliorer la netteté de l’image, il faudra rajouter des radiotélescopes, raconte Alain Riazuelo. Des projets visent à en installer dans des zones terrestres non couvertes à ce jour. Au Groenland, en Namibie, au milieu de l’Atlantique. Mais, si vous voulez également une image avec une meilleure résolution, permettant de voir plus de détails, il ne faudra pas seulement augmenter le nombre de radiotélescopes, mais aussi la distance qui les sépare. » Ce qui implique d’en installer dans l’espace, un projet qui fait saliver les scientifiques. « On n’y est pas encore aujourd’hui, précise Alain Riazuelo. Le coût d’un tel projet est encore abyssal. Il faut aussi avoir en tête que, derrière une image d’un trou noir, il y a des quantités colossales de données à collecter et à traiter, ce qui est forcément plus difficile si le radiotélescope est dans l’espace. »