Nous vivons dans le bord intérieur de l’un des bras en spirale de la Voie lactée, une courbe scintillante contre l’obscurité d’encre. Voyagez sur des milliers d’années-lumière dans une direction, passez devant d’innombrables étoiles, d’innombrables planètes et d’innombrables lunes, et vous atteindrez le bord extérieur de la Voie lactée, où les derniers morceaux de notre galaxie cèdent la place à l’immobilité tentaculaire de la milieu intergalactique. Parcourez à peu près la même distance dans l’autre sens, devant encore plus d’étoiles, de planètes et de lunes, à travers des nuages de poussière scintillants, et vous vous retrouverez au cœur de la galaxie, à l’un des points de repère les plus mystérieux de l’univers.
Pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, vous n’avez pas à l’imaginer. À l’aide de télescopes suffisamment puissants pour étendre notre perception à des distances insondables, les astronomes ont créé une carte postale cosmique : la toute première image du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée.
Voici le Sagittaire A* (prononcé « étoile A »), un objet céleste qui a la masse de 4 millions de soleils mais qui pourrait s’adapter confortablement à l’orbite de Mercure, la planète la plus proche du soleil.
L’image provient d’observations effectuées par un réseau de radiotélescopes couvrant quatre continents, dans le cadre d’un projet appelé Event Horizon Telescope. Ce n’est que la deuxième fois que les astronomes dans cet effort ont capturé l’un de ces objets avec autant de détails. La première image, du trou noir supermassif au centre de la galaxie voisine Messier 87, ou M87 en abrégé, est sorti en 2019 en grande pompe. Einstein avait prédit l’existence de trous noirs – des points invisibles dans le vide où la gravité déforme le tissu même de l’espace – plus d’un siècle plus tôt, et en voici enfin la preuve photographique. Cette image a marqué une formidable réussite dans le domaine de la science. Mais celui-ci, du Sagittaire A*, se sent un peu différent, plus spécial. Les astronomes pensent que les trous noirs supermassifs sont au centre de la plupart des grandes galaxies, ce qui signifie que l’univers regorge de ces objets. Mais celui-ci est le plus proche de nous. Celui-ci est les notres.
« Je ne pense pas avoir jamais eu d’attachement émotionnel à M87 », m’a dit Feryal Özel, astrophysicien à l’Université de l’Arizona qui travaille sur le télescope Event Horizon. Özel a passé la majeure partie de sa carrière à étudier le Sagittaire A*, essayant de comprendre sa nature distincte et ses bizarreries. Celui-ci, dit-elle, « J’ai l’impression de le savoir. »
Et pourtant, nous ne voyons pas vraiment le Sagittaire A*, pas vraiment. Les astronomes ne peuvent pas prendre une vraie photo – comme nous, non-astronomes, la considérerions – parce que les trous noirs sont, par définition, invisibles. La photo publiée aujourd’hui ne montre donc pas le trou noir lui-même. Les astronomes ont capturé la silhouette du Sagittaire A*. L’image révèle l’ombre que le trou noir immensément dense projette contre le gaz cosmique brillant qui tourbillonne autour de lui. Comme le trou noir dans M87, le Sagittaire A* ressemble à un beignet. En fait, il ressemble étrangement aux danoises aux cerises et au fromage servies lors de la conférence de presse que les astronomes ont tenue à Washington, DC pour révéler le résultat.
Les astronomes ont fait les observations qui ont produit cette image au printemps 2017. Huit télescopes au sol – deux à Hawaï et au Chili, et un en Arizona, au Mexique, en Espagne et en Antarctique – ont balayé le ciel en tandem pendant plusieurs jours. Les observations, stockées sur des centaines de disques durs informatiques, ont ensuite été expédiés aux laboratoires aux États-Unis et en Allemagne, où les scientifiques se sont penchés sur les données comme des archéologues sur un site de fouilles, éliminant le bruit pour creuser le signal d’un trou noir supermassif. Ils avaient suivi un processus similaire pour révéler le trou noir de M87, qui avait été observé lors de la même course en 2017.
Mais dessiner le Sagittaire A * était beaucoup plus difficile. Le trou noir supermassif de M87 est 1 500 fois plus massif que le Sagittaire A*, ce qui signifie que la matière cosmique qui l’entoure tourne assez lentement, vacillant sur l’échelle de temps des jours. Les choses autour du plus petit Sagittarius A * se déplacent plus rapidement, changeant en quelques heures, voire quelques minutes, ce qui rend l’environnement plus difficile à capturer, m’a dit Özel. En plus de cela, bien que le Sagittaire A* ne soit qu’à 27 000 années-lumière de la Terre – et « seulement » est tout à fait approprié si l’on considère que le trou noir de M87 est à 55 millions d’années-lumière de la Terre – notre trou noir supermassif est plus difficile à détecter. voir. « Nous regardons à travers tout ce qui se trouve entre nous et le centre de la galaxie, alors que pour M87, nous regardons à l’extérieur et loin de la Voie lactée », a déclaré Özel. Toutes les choses cosmiques entre nous et le centre galactique peuvent faire apparaître la lumière provenant du centre galactique déformée dans les données. « Nous devions vraiment comprendre cet effet et le soustraire correctement de nos images », a déclaré Özel.
La nouvelle image est une preuve supplémentaire que le trou noir supermassif au centre de la galaxie est, eh bien, exactement cela. Einstein a publié les théories qui prédisaient l’existence de tels objets en 1916, mais les premières véritables campagnes d’observation n’ont commencé que dans les années 1970. Au cours de cette décennie, les astronomes ont détecté une source mystérieuse et compacte d’émissions radio dans le centre galactique qui semblait être un trou noir, « mais peu de gens nous croyaient alors », Reinhard Genzel, astrophysicien au Max Planck Institute for Extraterrestrial. La physique qui étudie le Sagittaire A * mais n’a pas été impliquée dans les dernières recherches, m’a dit. Il faudrait des décennies de recherches supplémentaires pour montrer qu’il n’y a pas d’autre explication à l’objet mystérieux au cœur de la Voie lactée. Ces dernières années, des équipes dirigées par Genzel et l’astrophysicien de l’UCLA Andrea Ghez ont capturé dans les moindres détails certaines des étoiles les plus proches du trou noir, qui, de notre point de vue, semblent se balancer sauvagement autour d’un point invisible dans l’espace. En 2020, Genzel et Ghez ont partagé le prix Nobel de physique pour avoir fourni la preuve la plus convaincante pour l’existence du trou noir central de la Voie Lactée.
Et le centre galactique, ont appris les chercheurs, est un endroit étrange. Ils ont été surpris de découvrir, par exemple, que la plupart des étoiles regroupées près de Sagittarius A* sont jeunes plutôt que vieilles, une découverte qui va à l’encontre de tout ce que les astronomes comprennent sur la formation des étoiles. « Cela signifie que les étoiles doivent s’être formées très près du trou noir », m’a dit Tuan Do, un astrophysicien à l’UCLA qui étudie le centre galactique. Mais le Sagittaire A* « crée d’énormes quantités de gravité dans cette région, donc les nuages de gaz qui forment les étoiles devraient être déchirés dans cette région ». Il y a peut-être longtemps, des dizaines de millions d’années dans le passé, le trou noir était entouré d’un disque de gaz tourbillonnant qui tournait si vite que des poches de celui-ci se sont enflammées en étoiles. Cet environnement a disparu aujourd’hui; Le Sagittaire A*, en ce qui concerne les trous noirs supermassifs, est considéré comme relativement silencieux.
Calme ne veut pas dire ennuyeux. Bien que les théories d’Einstein aient conduit à la découverte des trous noirs, les scientifiques ne savent toujours pas si les règles de la gravité telles que nous les comprenons s’appliquent dans des conditions aussi extrêmes et inconnaissables. Le résultat de 2019 a montré que l’ombre d’un horizon d’événements est, comme prévu, sphérique. Mais « nos meilleures théories sont encore insuffisantes », m’a dit Ghez. « Les trous noirs représentent cette rupture fondamentale dans notre compréhension du fonctionnement de la gravité », a-t-elle déclaré. Le Sagittaire A * étire certains objets célestes proches comme la tire, comme les trous noirs ont l’habitude de le faire, mais ces objets sont des centaines de fois plus gros que ne le prédisent les modèles. Et les scientifiques sont encore loin de comprendre ce qui se passe à l’intérieur d’un trou noir, au-delà de ce point de non-retour.
Même dans cette partie très étrange de notre voisinage cosmique, certaines preuves suggèrent que les étoiles pourraient héberger des planètes, des mondes façonnés par le chaos distinct de leur environnement. « Nous voyons des systèmes d’étoiles binaires au centre galactique, ce qui signifie que deux étoiles sont capables de rester liées, malgré les fortes forces de marée du trou noir et l’environnement chaotique », a déclaré Jessica Lu, astrophysicienne à l’UC Berkeley qui étudie la formation des étoiles. dans le centre galactique, m’a dit. « Alors peut-être que les planètes peuvent aussi se former et survivre. » Au centre galactique, les quelques années-lumière vides séparant notre soleil de son voisin stellaire le plus proche regorgeraient d’étoiles. Et dans un ciel nocturne au centre de la Voie lactée, ces étoiles apparaîtraient aussi brillantes que des pleines lunes. « Nous pourrions leur rendre visite dans des délais raisonnables, et notre étoile pourrait être en danger d’être frappée par une autre étoile », a déclaré Do. « Nous serions probablement tous des astronomes, car nous nous soucierions beaucoup plus de ce qui se passe dans le ciel. »
Pour Ghez, la nouvelle image du Sagittaire A* est une contribution importante à l’astrophysique. C’est sa réponse quand elle pense comme une scientifique. Lorsqu’elle prend un moment pour considérer l’œuvre d’une autre manière, plus sentimentale, elle apprécie « le fait que nous, en tant qu’humains, qui sommes si finis et petits, pouvons avoir cette compréhension de choses si immenses ». Et pas seulement cela, mais ressentir une sorte de parenté avec cela. « J’aime parler de notre galaxiepar opposition à tla voie lactée, » dit-elle. « C’est notre maison. »
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