Astronomie

Le trou noir géant de notre galaxie bientôt dévoilé

Grâce à un réseau mondial de radiotélescopes, des astronomes vont tenter d’obtenir pour la première fois une image précise du centre de la Voie Lactée, qui abrite un monstre invisible

Depuis le 4 avril, huit sites internationaux de radiotélescopes tournent, de concert et à plusieurs reprises, leurs antennes de géants vers le centre de notre galaxie. Que cherchent-ils ainsi obstinément au cœur de la Voie Lactée, à quelque 26 000 années-lumière de la Terre? Un monstre cosmique ni plus ni moins. Un trou noir supermassif nommé Sagittarius A*(Sgr A*) d’une masse égale à 4 millions de fois celle du Soleil, que l’on n’a jamais réussi à observer en direct jusqu’à présent. Et pour cause: l’attraction gravitationnelle de ces trous noirs est si intense qu’au-delà d’une certaine limite appelée «horizon des événements», ils engloutissent tout ce qui se passe trop près d’eux, même la lumière.

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Comme on ne peut pas voir ce qui n’émet pas de lumière, on ne peut les observer directement. Mais depuis plusieurs années, les astrophysiciens ont imaginé une solution pour contourner le problème. Si la théorie de la relativité générale est respectée, la matière gazeuse, en train de tourner dans un disque d’accrétion autour du trou noir, doit rayonner intensément avant de disparaître, absorbée par celui-ci. Une éruption lumineuse providentielle car elle rend le monstre observable, ou plutôt l’ombre de celui-ci sur l’horizon des événements. Encore faut-il réussir à la voir.

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C’est à cette tâche loin d’être simple et d’une envergure exceptionnelle que s’est attaqué un réseau mondial de radiotélescopes réunis ce mois d’avril en un seul système, l’EHT ou Event Horizon Telescope. Loin d’être simple parce que bien que fort massif, un trou noir comme Sgr A* est très petit vu depuis la Terre. C’est comme observer l’épaisseur d’un cheveu à 380 kilomètres ou encore distinguer une pomme sur la Lune. La mission est encore compliquée par la présence de poussière qui masque le cœur de la galaxie. Pour percer cet écran, les meilleures sondes sont les télescopes sensibles aux ondes radio millimétriques.

Or la résolution de ces radiotélescopes, soit la taille des plus petits détails qu’ils peuvent voir, est proportionnelle à la longueur d’onde du rayonnement observé et inversement proportionnelle au diamètre de leur antenne. Autrement dit, pour aller observer un objet aussi petit que Sgr A* depuis la Terre, il faut travailler dans des longueurs d’onde radio les plus courtes possibles (1 millimètre ou moins) et avec une antenne en théorie immense de plusieurs milliers de kilomètres de diamètre. Impossible? Pas avec l’EHT qui offre une réponse élégante mais incroyablement complexe à ce problème en apparence sans solution.

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L’idée consiste à faire travailler ensemble en les synchronisant avec une technique nommée interférométrie de très longue base une batterie de radiotélescopes millimétriques très éloignés géographiquement. Comme s’il s’agissait d’un seul radiotélescope géant de 10 000 kilomètres de diamètre. «Plus la répartition des télescopes est homogène, meilleure sera la qualité des images» explique Frédéric Gueth, directeur adjoint de l’Iram (Institut de radioastronomie millimétrique), organisme franco-germano-espagnol qui participe à l’EHT.

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Depuis les premiers tests effectués il y a une dizaine d’années entre Hawaï et les Etats-Unis par l’Américain Sheperd Doeleman de l’université Harvard, l’EHT est enfin en mesure d’effectuer sa première véritable campagne grâce à l’ajout récent de trois observatoires importants: le radiotélescope de 30 mètres de l’Iram en Espagne dans la Sierra Nevada, le télescope américain South Pole en Antarctique et deux sites au Chili dans le désert d’Atacama, Apex et surtout Alma (Atacama Large Millimiter Array) le gigantesque site international de 66 radiotélescopes qui fonctionne déjà en interférométrie à 5000 mètres d’altitude sur le plateau de Chajnantor.

C’est la première fois qu’un aussi grand nombre de radiotélescopes est réuni pour travailler de concert à 1 millimètre. «La difficulté a été de les synchroniser tous avec une très grande précision. Pour cela, il a fallu installer une horloge atomique sur chaque site», commente Frédéric Gueth.

Durant cette première campagne, l’EHT va observer un autre trou noir beaucoup plus monstrueux encore (6,4 milliards de fois la masse du soleil) mais pas plus gros vu de la Terre car situé dans une galaxie bien plus lointaine, M87, à 55 millions d’années-lumière de nous. «C’est toujours mieux d’avoir deux objets à observer pour maximiser les chances d’obtenir un résultat. Et on pense obtenir le même genre d’images pour les deux trous noirs», ajoute Frédéric Gueth. Pour cela, il faudra être patient. Car une fois toutes les données collectées sur des disques durs, elles seront acheminées vers un centre de traitement, où leur analyse prendra encore de longs mois. De longs mois au bout desquels les astrophysiciens espèrent enfin voir l’image qu’ils attendent depuis si longtemps, l’ombre de l’horizon des événements cerclée par la lumière dorée de l’émission des gaz d’accrétion.

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