Rétrospective sur la fabuleuse image d’un trou noir ! Lors de sa parution en avril 2019, certains se sont demandés comment les scientifiques avaient pu photographier l’invisible. On vous éclaire !
Mais au fait, qu’est-ce qu’un trou noir ?
C’est un objet céleste très dense et compact. Il exerce une attraction sur toute matière à ses alentours, une attraction si forte que la matière y reste emprisonnée.
Son extrême densité agit sur la vitesse de libération : la vitesse minimale à donner à un objet pour qu’il s’échappe de l’attraction d’un astre. Dans un trou noir, la vitesse de libération des particules est si élevée qu’elle dépasse même la vitesse de la lumière (3*108 m/s), or rien ne peut aller plus vite que la lumière : aucune matière ne peut donc s’échapper du trou noir, pas même la lumière, ce qui explique que les trous noirs soient invisibles !
Revenons à notre image, il s’agit sur la photo d’un trou noir supermassif, 6,4 milliards de fois plus massif que le soleil et qui se situe au centre de le galaxie M87, localisée à plus de 50 millions d’années lumières (UA) de la Terre ! En clair, la photo présente ci-dessus est la représentation de ce trou noir il y a près de 50 millions d’années puisque la lumière capturée par la photo a mis 50 millions d’années à nous parvenir. Fou non ?!
Alors visible ou invisible ?
Vous pourrez à juste titre vous demander comment il est possible d’avoir une photo d’un objet qui par définition est invisible. Et bien c’est en fait plutôt simple, il s’agit en réalité d’une image de la matière qui gravite autour de lui qu’on appelle couronne d’accrétion : ça correspond à la matière chauffée à des millions de degrés par l’extraordinaire champ gravitationnel de l’objet (voir schéma fin).
Un télescope de 9 000km de diamètre ?
Cette photographie a nécessité en réalité quelques vingtaines d’années de travail sur un projet nommé Event Horizon Télescope (EHT) qui rassemble 8 radiotélescopes répartis sur l’ensemble du Globe. L’image est née de la superposition de centaines de clichés des différents télescopes et apparait enfin aux yeux du public. Ce cliché conforte la théorie de la relativité générale, sujet du prochain numéro ne vous inquiétez pas, élaborée par notre cher Albert Einstein pour décrire l’Univers. A titre indicatif, l’observation de ce trou noir supermassif depuis la terre correspond à peu près à “lire, depuis New-York, un journal ouvert à Paris” dit Frédéric Geth, astronome du CNRS (Centre national de la recherche scientifique) et directeur adjoint de l’Iram (Institut de radioastronomie millimétrique), ou encore à “observer les traces de Neil Armstrong sur la Lune”. Autant vous dire qu’aucun appareil n’en est capable aujourd’hui ! Mais comment ont-ils fait alors ? Et bien par un principe très ingénieux mais pas des plus simples. Les scientifiques ont conclu que pour pouvoir observer des astres si petits, il faudrait un télescope immense, de centaines de kilomètres de diamètre (environ 9000km), chose évidemment irréalisable sur Terre. Cependant, en combinant les données de différents radiotélescopes espacés entre eux de dizaines de milliers de kilomètres (aux nombres de 8), ils ont réussi à obtenir l’équivalent de ce gigantesque télescope.
Cette prouesse aussi bien technique que scientifique a permis aux scientifiques du monde entier de pouvoir étudier de plus près cet objet aussi bien incroyable que mystérieux (si si franchement ça retourne le cerveau !). La théorie d’Einstein a, une fois de plus, été mise à l’épreuve et s’est avérée correcte.
Comme le dit Jean-Pierre Luminet, directeur des recherches au CNRS “ Avoir l’image d’un Trou noir, c’est l’oxymore absolu, c’est l’invisible qui est rendu visible”.
Et si la Terre était un Trou noir ?!
Que devrait être le rayon de la Terre pour qu’elle soit considérée comme un trou noir ?! Une formule amusante nous l’apprend !
Je vous rassure c’est loin d’être le cas (ouf !), mais on s’est demandé quel devait être le rayon de la Terre pour que, à masse égale, elle soit considérée comme un trou noir, c’est à dire un objet si dense et si lourd que même la lumière ne peut s’en échapper. Et bien c’est un certain Karl-Sigmund Schwarzschild qui a donné la relation entre ce qu’on appelle le “rayon de schwarzschild” (voir schéma ci-dessus) et la masse d’un corps. Elle définit le rayon pour lequel la vitesse de libération est égale à la vitesse de la lumière (c) dans le vide. Elle est donnée par la relation suivante :
RS = 2GM/c2
Avec :
RS le rayon de Schwarzschild
G la constante de gravitation universelle (6,67*10-11)
M la masse du corps étudié
C l a vitesse de la lumière
Si on fait le calcul avec la masse de la terre, environ 5,972*1024 kg, on obtient le résultat suivant : 8,9*10^-3m, soit 8,9 mm (c’est petit quand même ! Vous ne trouvez pas ?!).
Il faudrait que toute la masse de la Terre se retrouve dans une sphère de rayon 8,9mm pour que rien, ni même la lumière puisse s’échapper de ce puits temporel !
Sources :
Pierre Barthélémy, “première photo d’un trou noir publiée par un consortium scientifique international”, Le Monde, publié le 10 avril 2019 à 15h16 : https://www.lemonde.fr/sciences/article/2019/04/10/la-premiere-photo-d-un-trou-noir-publiee-par-un-consortium-scientifique-international_5448397_1650684.html
Jean-Pierre LUMINET, « PREMIÈRE IMAGE TÉLESCOPIQUE D'UN TROU NOIR », Encyclopédie Universalis : http://www.universalis-edu.com/encyclopedie/premiere-image-telescopique-d-un-trou-noir/
Observatoire de Paris, “ La couronne d’accrétion autour des trou noir supermassifs : existe-t-elle vraiment ?”, article publié le 1 juin 2001: https://www.observatoiredeparis.psl.eu/le-disque-d-accretion-autour-des-trous-noirs.html
Benoît Rey, Première photo d'un trou noir : ce qu'elle révèle, Sciences & Vie, le 23 mai 2019 : Première photo d'un trou noir : ce qu'elle révèle - Science & Vie (science-et-vie.com)
Joël Ignasse, La découverte de l'année 2019 selon la revue Science est la première image d'un trou noir, Sciences et Avenir le 19 décembre 2019 : L'image d'un trou noir, découverte de l'année 2019 - Sciences et Avenir