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La première image du trou noir au centre de la Voie lactée

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Le trou noir Sagitarius A, au centre de notre galaxie, la Voie lactée.
Le trou noir Sagitarius A, au centre de notre galaxie, la Voie lactée.
- The EHT collaboration

Lors d’une conférence de presse mondiale tenue en simultanée dans neuf pays, le réseau international de radiotélescopes EHT a dévoilé la première image du trou noir Sagitarius A, au centre de notre Voie lactée.

Après un long zoom traversant notre galaxie, 27 000 années-lumière parcourues en l'espace de quelques secondes, l'image s'affiche à l'écran : un cercle orangé, composé de trois points plus lumineux, et en son centre le trou noir Sagitarius A (ou Sgr A*), autour duquel tourne la Voie lactée tout entière.

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C'est le premier portrait du trou noir supermassif au centre de notre galaxie, dont la masse équivaut à 4,3 millions de fois celle du Soleil et dont la taille, ont précisé les chercheurs, est d'environ 44 millions de kilomètres de diamètre, soit à peu près équivalente à l'orbite de Mercure. Révélés ce jeudi 12 mai, lors d'une visioconférence tenue en simultanée dans 9 pays, les résultats ont fait l'objet de dix études différentes, publiées dans une édition spéciale de l'Astrophysical Journal Letters.

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"Nous avons été stupéfaits de voir à quel point la taille de l'anneau correspondait aux prédictions de la théorie de la relativité générale d'Einstein", a déclaré Geoffrey Bower, scientifique du projet EHT, de l'Institut d'astronomie et d'astrophysique à Taipei. "Ces observations sans précédent ont considérablement amélioré notre compréhension de ce qui se passe au centre même de notre galaxie et offrent de nouvelles informations sur la façon dont ces trous noirs géants interagissent avec leur environnement."

Pour observer ce trou noir, il a fallu rien de moins qu'un exploit scientifique. Déjà, en 2017, l'EHT était parvenu à prendre en photo le trou noir au centre de la galaxie Messier 87, le trou noir M87. En 2022, c'est cette fois Sagitarius A que les astronomes ont pu photographier, et ce grâce au réseau de télescopes de Event Horizon : 11 télescopes dans le monde ont été pointés, au même moment, vers le centre de notre galaxie, et ont récupéré des données qui ont pu être compilées avant de composer cette image de Sagitarius A.

Invité de La Méthode scientifique, l'astronome adjoint au laboratoire Lagrange de l'Observatoire de la Côte d'Azur, Éric Lagadec, précisait au micro de Natacha Triou le fonctionnement de ce gigantesque réseau de télescopes à interférométrie : "J'aime bien déjà expliquer qu'un télescope, c'est un peu comme un seau à lumière. Plus vous avez un grand télescope, plus vous recevez de lumière, et plus le télescope a un grand diamètre. plus on peut voir des détails. Les détails, c'est ce qu'on appelle la résolution angulaire, et on peut augmenter cette résolution angulaire en combinant des télescopes. Si on prend deux télescopes distants de 1 000 kilomètres, on a la résolution angulaire équivalente à un télescope de 1 000 kilomètres de diamètre. C'est assez extraordinaire, donc on peut voir des détails plus fins. L'idée qui a été derrière L'Event Horizon Telescope, c'est de faire un réseau géant de télescopes. Ça va depuis le plateau de Bure, dans les Hautes Alpes, en France, jusqu'en Antarctique, au Chili, à Hawaï, et donc on a des lignes entre les télescopes de plusieurs milliers de kilomètres, ce qui permet d'avoir une résolution hallucinante. […] Pour obtenir cette image, ils ont fait plus d'un million de modèles avec des pétabytes de calcul, c'était impressionnant."

12 min
Le réseau de télescopes de l'Event Horizon Telescope.
Le réseau de télescopes de l'Event Horizon Telescope.
- EHT

Lors de la conférence à Munich, pour donner une idée du niveau de détails atteint, les scientifiques ont dressé cette analogie : observer le trou noir, c'est l'équivalent d'avoir quelqu'un buvant une bière dans un Biergarten et d'avoir un observateur à New York capable de voir non pas la bière, mais les bulles sur le verre !

Un trou noir plus difficile à observer

Si le trou noir Sgr A* a nécessité de nouveaux outils pour être observé, depuis la première image de M87*, c'est parce que son observation était plus difficile, précise Éric Lagadec : "La première raison, c'est que si vous regardez dans la Voie lactée dans la direction de Sagitarius A, il y a beaucoup de gaz et de poussières entre nous et l'objet, ce qui fait qu'il est plus difficile à observer. C'est un petit peu comme s'il y avait une sorte de brouillard entre nous, observateurs, et le trou noir. Et en plus, Sagitarius A étant plus petit [que M87], il est plus variable : c'était un peu comme essayer de faire l'image de quelque chose qui bouge de nuit. Si vous faites une photo, vous aurez une image floue et c'était très difficile pour les astronomes qui ont réussi là un exploit technique extraordinaire !"

58 min

Ces observations directes du trou noir de la Voie lactée permettent une meilleure compréhension des trous noirs. Tout d'abord, les chercheurs ont pu comprendre que le trou noir Sgr A* était en rotation. Surtout, au vu de l'apparence en forme de donut des trous noirs, on pourrait s'attendre à ce que, compte tenu de la formation sur le plan écliptique de notre galaxie, on observe ce "donut" depuis le côté. "Il semblerait qu'on voit ce donut par le haut, précise Éric Lagadec. C'est un résultat très étonnant !"

En comparant les images des deux trous noirs, on peut être étonnés par leur ressemblance. D'autant plus que le trou noir Sgr A* est environ 1 000 fois plus petit que M 87*. "Si le trou noir de la Voie lactée était un donut, alors celui de Messier 87 ferait la taille du stade olympique de Munich", ont précisé les scientifiques, décidément attachés aux analogies avec la ville allemande où se déroulait la conférence européenne.

Le trou noir Sgr 1* est 1000 fois plus petit que le trou noir M87*.
Le trou noir Sgr 1* est 1000 fois plus petit que le trou noir M87*.
- EHT

"Nous avons deux types de galaxies complètement différents et deux masses de trous noirs très différentes, mais près du bord de ces trous noirs, ils se ressemblent étonnamment", a expliqué Sera Markoff, coprésidente du conseil scientifique de l'EHT et professeure d'astrophysique théorique à l'Université d'Amsterdam, aux Pays-Bas. "Cela nous indique que la relativité générale régit ces objets de près, et que toute différence que nous voyons plus loin doit être due à des dissemblances dans la matière qui entoure les trous noirs."

Mais les scientifiques sont d'ores et déjà ravis à l'idée de pouvoir étudier et comparer ces deux trous noirs. Leurs études devraient être riches d'enseignements sur la façon dont le gaz se comporte autour des trous noirs : un processus qui a un certainement un rôle clé dans la formation des galaxies.