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Ça y est ! L’ESO a pu déduire de ses observations les contours de SgrA*, le trou-noir central de notre galaxie. A première vue ce trou-noir ressemble beaucoup à celui de la galaxie M87, dont on a présenté l’image il y a maintenant trois ans (avril 2019). C’est exact car il s’agit aussi d’un trou-noir mais il y a quand même des différences et l’on pourra en déduire des confirmations, des informations et de nouvelles interrogations sur les trous-noirs en général et, bien sûr, le nôtre en particulier.
L’information était l’objet d’une conférence de presse donnée hier, 12 mai, au monde entier par divers partenaires dont l’ESO (European Southern Observatory) en Allemagne, à son siège près de Munich (Garching). C’est une satisfaction de constater que nous, Terriens, pouvons nous unir face aux grandes énigmes de l’Univers.
SgrA (Sagittarius A) est le nom donné pour la localisation dans le ciel terrestre (constellation du Sagittaire) de l’origine des ondes-radio reçues de l’environnement immédiat de ce trou-noir. L’astérisque* est ajouté pour caractériser la source elle-même qui « excite » (terme de science physique signifiant que le système est porté à un niveau supérieur d’énergie par rapport à celui qu’il a au repos) l’hydrogène ionisé de cet environnement.
On se doutait depuis la fin des années 1970 (détection à cet endroit d’une très forte source radio en 1974 par Balick & Brown) qu’il pouvait y avoir un trou-noir au centre de notre galaxie comme on se doutait que ce devait être le cas de la plupart des autres galaxies puisque cela découlait de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein. On hésitait en ce qui concerne la Voie Lactée en raison de la très faible activité électromagnétique de ce centre (faiblesse confirmée lors de la conférence de presse). Mais la présence d’une masse énorme était évidente du fait que des étoiles (notamment S62, deux masses solaires) orbitaient cette région à des vitesses extrêmement élevées et à des distances très courtes (2 milliards de km au plus près du rayon de Schwartzschild, soit la distance Saturne/Soleil); la vitesse et la distance de S62 (orbite parcourue en 9,9 ans) fournissant d’ailleurs un des moyens de calculer la masse centrale.
Mais on ne « voyait » rien car (1) la population d’étoiles au cœur de la galaxie est extrêmement dense, (2) nous ne pouvons recevoir de rayonnement de la source qu’au travers non seulement du bulbe mais aussi du disque de la galaxie puisque nous sommes dans ce disque, (3) le trou-noir bien que « supermassif », 4,13 millions de masses solaires, est extrêmement petit (diamètre égal à celui de l’orbite de Mercure) et (4) il est situé à 27.000 années-lumière de notre système. On ne peut le distinguer (diamètre depuis la Terre 52 µas - microsecondes d’arc) qu’avec des instruments dont la faculté de résolution permettrait de voir une bulle dans un verre de champagne à New-York, depuis l’Allemagne (d’après l’image donnée par l’une des scientifiques présentant le sujet à la conférence de presse).
A contrario, le trou-noir de la galaxie Messier 87 (M87*) était paradoxalement plus facile à voir car, bien que plus lointain (53 millions d’années-lumière) on peut observer sa galaxie orthogonalement, il est beaucoup plus massif (6,5 milliards de masses solaires) donc beaucoup plus gros (diamètre de 38 milliards de km, soit trois fois le rayon de l’orbite de Pluton) et apparait de la même taille que Sgr3* vu de la Terre. Il est aussi beaucoup plus actif (jet de gaz relativiste partant du cœur de la galaxie).
Une autre difficulté pour observer les caractéristiques de SgrA* par rapport à celles de M87* est que le premier étant beaucoup plus petit, les nuages de gaz qui l’entourent bougent relativement beaucoup plus vite. En effet la vitesse maximum est la même, celle de la lumière, mais le cercle à parcourir beaucoup plus petit. L’image est donc constamment, d’une heure à l’autre, changeante.
On a pu donc imager M87* avant SgrA*. En fin de compte ce qui a été présenté lors de la conférence de presse de l’ESO, c’est une image avec des caractéristiques « moyennes », mettant en évidence des constantes ou plutôt des permanences : taille de l’ombre (le centre obscure, entourée d’un anneau de photons que l’on ne voit pas dans le cas présent) et trois surdensités dans la couronne (que les Américains appellent donut…ce qui ne me plait pas du tout). En fait pour mieux se représenter SgrA* il faudra attendre le film qui en est prévu. Cela sera relativement facile car les « prises de vue » (séries de collectes de données) ont été innombrables. Pour le moment il faut se souvenir de cette mobilité de la couronne et avoir conscience que l’image communiquée n’est qu’un instant fugitif de l’astre.
Pour autant, nous devons encore réfléchir à ce que nous voyons. Avec la taille du trou-noir nous avons certes sa masse. Mais très curieusement il apparaît actuellement très peu actif. L’accrétion est extrêmement faible. S’il était de la taille d’un homme, il se nourrirait d’un grain de riz par million d’années (jolie image choisie par une des présentatrices). Contrairement à M87* aucun jet supraluminique (qui doit résulter de cette accrétion si elle avait lieu) n’a pu être observé partant du centre de sa couronne. On le classe donc dans la catégorie des trous-noirs de Kerr (l’un des quatre types de trous-noirs).
Pour faire le « portrait » de SgrA* il a fallu encore plus de travail, que pour M87*, en utilisant des instruments un peu plus performants.
D’abord il s’agit d’utiliser les ondes radio, ni le visible, ni même l’infrarouge ne pouvant parvenir jusqu’au centre de notre bulbe en étant capable de discerner quoi que ce soit. Comme pour M87* on a choisi la longueur d’ondes 1,3 mm. Le principe de l’Event Horizon Telescope, « EHT », utilisé, est le même, un réseau mondial de télescopes (plus précisément d’antennes) de façon à reproduire par interférométrie, l’image qu’obtiendrait un télescope de la taille du disque terrestre (dont les télescopes qui en sont les composants, répartis du Groenland à l’Antarctique, fournissent les éléments). Les équipes qui utilisent cet interféromètre virtuel « à très longue base », « VLBI », constituent la « collaboration » de l’EHT. Elles regroupent trois cent scientifiques et utilise onze centres de collecte, deux de plus que pour M87* : en Arizona et en Europe (« NOEMA » dans les Alpes françaises). Les données sont si volumineuses (elles se comptent en pétaoctets) qu’elles ne peuvent être transmises par les ondes et que leurs supports doivent être portés physiquement jusqu’aux deux centres où elles sont traitées, aux Etats-Unis. On appelle ces centres des « corrélateurs ». Le traitement informatique des données est très long (elles datent de 2017) à cause de cette abondance et à cause de leurs grandes complexités (il faut notamment écarter les « bruits » et le signal est faible).
L’intérêt de l’image est multiple. A partir de deux objets, on peut comparer et déduire, surtout que M87* se classe dans les masses maxima et que SgrA* est de taille moyenne. On a déjà constaté que la masse de ce nouveau trou-noir et son spin (mouvement angulaire) correspondaient à ce que l’on pouvait mathématiquement attendre des lois de la Relativité Générale. On est toujours heureux de vérifier cette théorie extraordinaire.
En dehors de la science pure, il y a, via le sens de la vue, notre part émotionnelle qui est touchée par cet événement. Voir le trou noir, c’est voir le cœur qui nous fait vivre et en même temps l’organe menaçant qui annonce notre mort. Il est central ; nous sommes dans son absolue dépendance et un jour très lointain il engloutira toutes les étoiles qu’il contrôle par gravité, dont notre Soleil, après un étirement puis un déchirement total de la matière. Nous serons bel et bien mis en pièce par ce cœur qui pour le moment nous tient à distance dans une ronde très longue et très lente, comme il tient les autres étoiles de notre galaxie et comme le Soleil tient ses planètes. C’est lui qui donne à la Galaxie sa cohérence et lui permet de fonctionner. C’est grâce à ce trou-noir que des nuages de gaz ont pu et peuvent encore se concentrer en étoiles et c’est grâce à lui que des étoiles ont pu et peuvent encore complexifier la matière par nucléosynthèse. C’est donc in fine grâce à lui que les planètes ont pu se former et la vie naître sur Terre. Oui, le trou-noir central est notre Soleil de vie en même temps qu’il est notre Soleil de mort ; Toutankhaton aurait pu lui dédier son « hymne au Soleil » s’il avait pu le concevoir. Gérard de Nerval ne pouvait non plus l’imaginer lorsqu’il commentait la magnifique gravure de Dürer, Melancholia, mais ce dessin lugubre est maintenant une clef pour le comprendre. De nos jours les artistes sont aussi les astrophysiciens qui grâce à leur lecture de données froides et inexpressives pour le commun des mortels, sont capables tout comme leurs prédécesseurs, en les interprétant de nous faire rêver ou blêmir.
illustration de titre: Image du trou noir central de la Voie Lactée, SgrA*. Crédit collaboration EHT (Event Horizon Telescope).
Liens :
Note de presse : https://www.eso.org/public/news/eso2208-eht-mw/
Note scientifique : Akiyama_2022_ApJL_930_L12.pdf
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