Le télescope Event Horizon, un réseau à l'échelle planétaire de huit radiotélescopes terrestres forgés grâce à une collaboration internationale, a capturé cette image du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87 et de son ombre.
(Image: © Collaboration EHT)
Des trous noirs ont finalement été tirés de l'ombre.
Pour la toute première fois, l'humanité a photographié une de ces bêtes cosmiques insaisissables, mettant en lumière un royaume exotique de l'espace-temps qui était depuis longtemps au-delà de notre ken.
"Nous avons vu ce que nous pensions être insaisissable", a déclaré aujourd'hui (10 avril) lors d'une conférence de presse au National Press Club à Washington, Sheperd Doeleman, de l'Université Harvard et du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Doeleman dirige le projet Event Horizon Telescope (EHT), qui a capturé l'imagerie épique. Ces quatre photos, dévoilées aujourd'hui lors d'événements de presse à travers le monde et dans une série d'articles publiés, décrivent les contours du trou noir du monstre qui se cache au cœur de la galaxie elliptique M87.
L'imagerie est suffisamment époustouflante en soi. Mais ce qui est encore plus significatif, c'est la piste que les nouveaux résultats vont probablement ouvrir, selon les chercheurs.
"Il y a vraiment un nouveau domaine à explorer", a déclaré Peter Galison, professeur de physique et d'histoire des sciences à Harvard, lors d'une conférence EHT le mois dernier au festival South by Southwest (SXSW) à Austin, Texas. "Et c'est finalement ce qui est si excitant à ce sujet."
Galison, qui a cofondé l'Initiative interdisciplinaire Black Hole (BHI) de Harvard, a comparé l'impact potentiel de l'imagerie à celui des dessins réalisés par le scientifique anglais Robert Hooke dans les années 1600. Ces illustrations ont montré aux gens à quoi ressemblent les insectes et les plantes au microscope.
"Cela a ouvert un monde", a déclaré Galison à propos du travail de Hooke.
Un télescope de la taille de la Terre
L'EHT est un consortium de plus de 200 scientifiques qui travaille depuis environ deux décennies. C'est une entreprise véritablement internationale; au fil des ans, le financement est venu de la U.S.National Science Foundation et de nombreuses autres organisations dans le monde entier.
Le projet tire son nom du célèbre point de non-retour d'un trou noir - la frontière au-delà de laquelle rien, pas même la lumière, ne peut échapper aux griffes gravitationnelles de l'objet.
"L'horizon des événements est le mur de la prison ultime", a déclaré à Space.com le directeur fondateur de BHI, Avi Loeb, président du département d'astronomie de Harvard. (Loeb ne fait pas partie de l'équipe EHT.) "Une fois que vous êtes dedans, vous ne pouvez jamais sortir."
Il est donc impossible de photographier l'intérieur d'un trou noir, à moins que vous n'arriviez à y pénétrer vous-même. (Vous et vos photos ne pouvez pas revenir dans le monde extérieur, bien sûr.)
Ainsi, l'EHT image l'horizon des événements, cartographiant la silhouette sombre du trou noir. (Le disque de gaz en mouvement rapide tourbillonnant autour et dans les trous noirs émet beaucoup de rayonnement, de sorte que de telles silhouettes se démarquent.)
"Nous recherchons la perte de photons", a déclaré à Space.com Dan Marrone, membre du conseil scientifique de l'EHT, professeur agrégé d'astronomie à l'Université d'Arizona.
Le projet a examiné deux trous noirs - le géant M87, qui abrite environ 6,5 milliards de fois la masse du soleil de la Terre, et le trou noir central de notre propre galaxie de la Voie lactée, connu sous le nom de Sagittaire A *. Ce dernier objet, tout en étant un trou noir supermassif, est un runt par rapport à la bête de M87, contenant seulement 4,3 millions de masses solaires.
Ces deux objets sont des cibles difficiles en raison de leur immense distance de la Terre. Le Sagittaire A * se trouve à environ 26 000 années-lumière de nous, et le trou noir de M87 est à 53,5 millions d'années-lumière.
De notre point de vue, l'horizon des événements du Sagittaire A "est si petit qu'il équivaut à voir une orange sur la lune ou à pouvoir lire le journal à Los Angeles pendant que vous êtes assis à New York", a déclaré Doeleman lors de l'événement SXSW le mois dernier.
Aucun télescope sur Terre ne peut faire cette observation, Doeleman et le reste de l'équipe EHT ont donc dû faire preuve de créativité. Les chercheurs ont relié des radiotélescopes en Arizona, en Espagne, au Mexique, en Antarctique et dans d'autres endroits du monde, formant un instrument virtuel de la taille de la Terre.
Tant de données
À ce jour, l'équipe EHT a utilisé ce mégascope pour étudier les deux trous noirs supermassifs pendant deux semaines - une fois en avril 2017 et de nouveau l'année suivante. La nouvelle imagerie provient de la première course d'observation.
Il y a de bonnes raisons pour lesquelles il a fallu deux ans pour que le premier résultat du projet sorte. D'une part, chaque nuit d'observation a généré environ 1 pétaoctet de données, ce qui a entraîné un tel transport que l'équipe doit déplacer ses informations d'un endroit à l'autre à l'ancienne.
"Il n'y a aucun moyen de transférer ces données via Internet", a déclaré Dimitrios Psaltis, scientifique du projet EHT, professeur d'astronomie à l'Université d'Arizona, lors de l'événement SXSW. "Donc, ce que nous faisons en réalité, c'est que nous prenons nos disques durs et nous les alimentons d'un endroit à l'autre. C'est beaucoup plus rapide que n'importe quel câble que vous pouvez trouver."
Bien entendu, cela ralentit et complique l'analyse. Les données de la portée de l'ESH près du pôle Sud, par exemple, n'ont pu sortir de l'Antarctique qu'en décembre 2017, quand il faisait suffisamment chaud pour que les avions entrent et sortent, a déclaré Marrone.
Corréler et calibrer les données était également délicat, a-t-il ajouté. Et l'équipe a pris grand soin de ce travail, étant donné la nature capitale de la découverte.
"Si vous allez venir avec une grande revendication d'imagerie d'un trou noir, vous devez avoir de grandes preuves, des preuves très solides", a déclaré Doeleman lors de l'événement SXSW (qui a servi d'explication de l'effort EHT mais n'a pas annoncé tous les résultats).
"Et sur notre projet, nous pensons souvent que des gens comme [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [et Karl] Schwarzschild regardent en quelque sorte par-dessus nos épaules", a-t-il ajouté, faisant référence aux physiciens qui ont contribué à faire avancer notre compréhension des trous noirs. "Et quand vous avez des luminaires qui vérifient virtuellement votre travail, vous voulez vraiment le faire correctement."
Ce que tout cela signifie
Le projet EHT a deux objectifs principaux, a déclaré Psaltis: imager un horizon d'événements pour la toute première fois et aider à déterminer si la théorie de la relativité générale d'Einstein a besoin de révisions.
Avant l'arrivée d'Einstein, la gravité était généralement considérée comme une force mystérieuse à distance. Mais la relativité générale la décrit comme la déformation de l'espace-temps: des objets massifs tels que les planètes, les étoiles et les trous noirs créent une sorte d'affaissement dans l'espace-temps, tout comme une boule de bowling le ferait si elle était placée sur un trampoline. Les objets proches suivent cette courbe et sont canalisés vers la masse centrale.
La relativité générale a incroyablement bien résisté au cours du siècle depuis son introduction, passant tous les tests que les scientifiques lui ont lancés. Mais les observations de l'ISE fournissent un autre essai, dans un domaine extrême où les prédictions peuvent ne pas correspondre à la réalité. C'est parce que les astronomes peuvent calculer la taille et la forme attendues d'un horizon d'événements en utilisant la relativité générale, a expliqué Psaltis.
Si la silhouette observée correspond aux simulations fondées sur la théorie, "alors Einstein avait 100% raison", a déclaré Psaltis. "Si la réponse est non, alors nous devons peaufiner sa théorie afin de la faire fonctionner avec des expériences. C'est ainsi que va la science."
Et nous avons appris aujourd'hui qu'aucun ajustement n'est nécessaire, du moins pour le moment: les observations M87 d'EHT sont conformes à la relativité générale, ont déclaré les membres de l'équipe. A savoir, l'horizon des événements est presque circulaire et est la "bonne" taille pour un trou noir de cette immense masse.
"Je dois admettre que j'étais un peu stupéfait que cela corresponde si étroitement aux prévisions que nous avions faites", a déclaré Avery Broderick, membre de l'équipe EHT de l'Université de Waterloo et du Perimeter Institute for Theoretical Physics au Canada, lors de la conférence de presse d'aujourd'hui. .
Une telle vérification sur le terrain est, bien entendu, vitale pour le processus scientifique. En effet, fournir de meilleures informations pour alimenter les théories et les simulations sera probablement l'une des plus grandes contributions de l'ISE, a déclaré Loeb.
"Faire de la physique est un dialogue avec la nature", a-t-il déclaré. "Nous testons nos idées en les comparant à des expériences; les données expérimentales sont cruciales."
Les nouveaux résultats devraient également aider les scientifiques à mieux maîtriser les trous noirs, selon lui et d'autres chercheurs. Par exemple, l'imagerie EHT éclairera probablement de manière significative la façon dont le gaz descend dans la gueule d'un trou noir. Ce processus d'accrétion, qui peut conduire à la génération de jets de rayonnement puissants, est mal compris, a déclaré Loeb.
En outre, la forme d'un horizon d'événement peut révéler si un trou noir tourne, a déclaré Fiona Harrison du California Institute of Technology, l'investigatrice principale de l'étude de la NASA sur les trous noirs. Réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires (NuSTAR).
"Nous avons déduit indirectement la rotation des trous noirs", a déclaré Harrison, qui ne fait pas partie de l'équipe EHT, à Space.com. L'imagerie EHT fournit "un test direct, ce qui est très excitant", a-t-elle ajouté.
Les données d'EHT ont révélé que le trou noir M87 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, ont annoncé aujourd'hui des membres de l'équipe.
Le projet devrait également montrer comment la matière est distribuée autour d'un trou noir, et les observations EHT pourraient éventuellement en apprendre beaucoup aux astronomes sur la façon dont les trous noirs supermassifs façonnent l'évolution de leurs galaxies hôtes sur de longues échelles de temps, a déclaré Harrison.
Les résultats de l’EHT s’accordent également bien avec ceux des Observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (LIGO), qui a détecté les ondulations spatio-temporelles générées par les fusions impliquant des trous noirs à peine quelques dizaines de fois plus massifs que le soleil.
"Bien qu'ils varient d'un facteur d'un milliard de masse, les trous noirs connus correspondent tous à une seule description", a déclaré Broderick aujourd'hui. "Les trous noirs, grands et petits, sont analogues de façon importante. Ce que nous apprenons d'un [type] s'applique nécessairement à l'autre."
Et au cas où vous vous poseriez des questions sur Sagittaire A *: l'équipe EHT espère obtenir bientôt des images de ce trou noir supermassif, a déclaré Doeleman aujourd'hui. Les chercheurs ont d'abord examiné le M87 et il est un peu plus facile à résoudre que le Sagittaire A * car il est moins variable sur de courtes périodes de temps, a-t-il expliqué.
Une nouvelle perspective?
Ensuite, il y a l'attrait plus large de l'imagerie nouvellement publiée - comment elle parle à ceux d'entre nous qui ne sont pas astrophysiciens.
Les contributions dans ce domaine pourraient être importantes, ont déclaré des membres de l'équipe EHT et des scientifiques extérieurs. Les photos peuvent changer notre façon de penser à nous-mêmes et à notre place dans l'univers, a noté Marrone, citant la célèbre photo "Earthrise" prise par l'astronaute d'Apollo 8 Bill Anders en décembre 1968. Cette image, qui a donné aux masses un aperçu de notre planète comme c'est vraiment - un avant-poste solitaire de la vie dans une mer infinie de ténèbres - est largement reconnu pour avoir contribué à stimuler le mouvement environnemental.
Voir un trou noir dans la vraie vie - ou sa silhouette, de toute façon - "est de la science-fiction", a déclaré Harrison. Et nous n'avons vu que les premières photos du projet, a-t-elle ajouté: "Ils ne feront que s'améliorer."
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