Une première image du trou noir au centre de la Voie lactée est dévoilée

Cette image montre Sagittarius A*, un trou noir supermassif au centre de notre galaxie. 
Photo: European Southern Observatory Agence France-Presse Cette image montre Sagittarius A*, un trou noir supermassif au centre de notre galaxie. 

La première image du trou noir situé au centre de notre galaxie, la Voie lactée, a été révélée jeudi par un groupe international de chercheurs. La prouesse technique s’avère en complet accord avec les prévisions des astrophysiciens et époustoufle la communauté scientifique.

Le trou noir se trouve au centre de Sagittarius A*, un éclat de radiofréquences situé à 27 000 années-lumière de la Terre. Notre galaxie orbite autour de cet objet qui défiait jusqu’à présent les télescopes les plus puissants en raison de sa faible luminosité.

L’Event Horizon Telescope (EHT), un réseau comptant maintenant onze radiotélescopes répartis d’un bout à l’autre de la Terre, a réussi à percer ce halo flou pour y déceler un disque ombragé : « l’ombre » du trou noir. Cette silhouette est définie par le nuage lumineux de gaz qui file autour de l’objet supermassif duquel rien ne peut s’échapper.

« Ouf ! » a lancé avec émotion Sara Issaoun, une membre de l’équipe de l’EHT, en prenant la parole lors de la conférence de presse organisée par l’Observatoire européen austral, à Munich. « Depuis des décennies, nous savions que se trouvait là un objet compact  quatre millions de fois plus massif que notre Soleil, a-t-elle dit. Aujourd’hui, nous avons des preuves directes que cet objet est un trou noir. »

Sagittarius A* est 1600 fois moins massif que le trou noir au centre de la galaxie Messier 87, dont l’image, également prise par l’EHT, avait fait les manchettes en 2019. C’était alors la première image d’un trou noir jamais obtenue.

La découverte annoncée jeudi se révèle, sur le plan technique, une entreprise autrement plus difficile.

 

Si Sagittarius A* était de la taille d’un beigne, Messier 87* serait, en comparaison, de la taille d’un stade de soccer. Par ailleurs, l’anneau lumineux du trou noir au centre de notre galaxie bouge rapidement, contrairement à celui de son distant grand frère. Des années d’analyse ont ainsi été nécessaires pour qu’on arriver aux résultats présentés jeudi, découlant d’observations réalisées en 2017.

Malgré les différences d’échelle entre les deux trous noirs « photographiés », leurs silhouettes sont très semblables. « Cette similarité nous révèle un aspect clé des trous noirs : peu importe leur taille ou leur environnement, quand on arrive à la frontière d’un trou noir, c’est la gravité qui prend le dessus », a expliqué Sara Issaoun, qui est chercheuse postdoctorale au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Julie Hlavacek-Larrondo, une spécialiste des trous noirs à l’Université de Montréal, qualifie les résultats de jeudi d’« accomplissement énorme ». Elle a assisté à la conférence de presse numérique depuis une réunion du Centre de recherche en astrophysique du Québec. « On a écouté la présentation ensemble, et quand l’image a été révélée, toute la salle a applaudi », raconte-t-elle, enthousiaste.

« C’est très, très excitant. Et le fait que ce soit une image du trou noir au centre de notre propre galaxie rend cela encore plus excitant », dit Daryl Haggard, une astrophysicienne de l’Université McGill qui fait partie de la collaboration EHT, où elle contribue aux observations complémentaires réalisées avec d’autres instruments que les radiotélescopes.

Fusion de clichés

 

Les résultats présentés jeudi sont « plus que symboliques », observe pour sa part Jean-René Roy, un astrophysicien québécois qui a travaillé pour plusieurs observatoires de calibre international au fil de sa carrière. « On voit à peu près la même chose qu’avec Messier 87* : c’est réconfortant. Cela vient valider les processus d’analyse utilisés », dit-il.

Les résultats de la collaboration EHT, qui compte plus de 300 scientifiques appartenant à 80 instituts dans le monde, sont détaillés dans six articles scientifiques parus jeudi dans la revue savante The Astrophysical Journal Letters.

Le gaz pris dans le tourbillon de Sagittarius A* orbite très rapidement, en l’espace de quelques minutes. Pour obtenir son réel portrait, les scientifiques ont dû éliminer les mouvements à haute fréquence. L’image révélée par la collaboration EHT est donc une fusion de milliers de clichés reconstitués numériquement à partir de données récoltées lors des séances d’observation de plusieurs heures.

Le résultat : une ombre entourée par trois « nœuds » de lumière. Les alentours des trous noirs sont des « environnements extrêmes », rappelle la professeure Hlavacek-Larrondo. On s’attend à y voir de la turbulence et des structures. Reste que des analyses supplémentaires seront nécessaires pour s’assurer que ces trois nœuds sont de véritables caractéristiques de Sagittarius A* et non un artefact des instruments de mesure, avertit la spécialiste.

N’en demeure pas moins que le diamètre de l’ombre du trou noir correspond exactement à ce qui était attendu. Les astronomes Reinhard Genzel et Andrea Ghez ont obtenu le prix Nobel de physique en 2020 pour avoir calculé très précisément la masse de « l’objet compact » au centre de la Voie lactée (4,14 millions de fois celle du Soleil) à partir du mouvement des étoiles environnantes, ce qui permet d’en déduire la taille.

L’analyse des images des radiotélescopes de l’EHT établit que l’horizon du trou noir fait 50 microsecondes d’arc de largeur, ce qui correspond à un diamètre de 60 millions de kilomètres. C’est un peu plus grand que l’orbite de Mercure autour du Soleil. « Encore une fois, c’est une validation de la relativité générale, cette fois-ci au niveau le plus extrême possible », dit Mme Hlavacek-Larrondo.

Dans les prochaines années, des analyses supplémentaires des données récoltées en 2017, 2018, 2021 et 2022 permettront de comprendre « les relations complexes » entre les forces et la matière qui s’articulent dans « l’écosystème » autour de notre trou noir, explique la professeure Haggard. Une meilleure compréhension du champ magnétique de l’objet supermassif sera probablement la prochaine étape franchie.

Une collaboration fructueuse

Le réseau Event Horizon Telescope compte 11 observatoires situés en Arizona, au Chili, en Espagne, à Hawaï, au Mexique, en Antarctique, au Groenland et en France. Ces télescopes ont tous été conçus, à l’origine, à d’autres fins que celle de contribuer à l’EHT. Leur coordination, qui a demandé de relativement simples ajustements techniques, est un remarquable exemple d’optimisation des ressources astronomiques disponibles.

 

Ces télescopes captent des ondes électromagnétiques du domaine des radiofréquences qui sont invisibles à l’oeil nu. Pour en tirer des images, les données doivent faire l’objet d’un processus d’interférométrie, c’est-à-dire que les signaux en provenance des différents observatoires dans le monde doivent être superposés. Les patrons d’interférence qui en résultent aident à mettre en évidence un signal très faible. Chaque télescope de l’EHT utilise une horloge atomique ultraprécise, et les observations sont superposées a posteriori par des superordinateurs.



À voir en vidéo