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Percée sur les trous noirs : des astronomes publient une image historique

Le premier coup d’œil de l’humanité sur un trou noir vient d’être dévoilé par l’équipe du télescope EHT, consortium mondial de chercheurs de l’Institut Périmètre et d’une douzaine d’organismes partenaires.

black hole m87

Les scientifiques viennent de voir l’invisible.

Cette semaine, au bout de presque 20 ans de recherches théoriques intenses et d’ingéniosité technique s’étendant sur plusieurs continents et cultures, les chercheurs du télescope EHT (EHT) (Event Horizon Telescope – Télescope Horizon des événements) ont publié la première image d’un trou noir.

« Nous sommes allés jusqu’à la limite de l’horizon des événements et nous avons vu le point de non-retour », a déclaré Avery Broderick, chercheur membre de l’équipe du télescope EHT et titulaire de la chaire Famille-Delaney-John-Archibald-Wheeler de l’Institut Périmètre. « C’est un moment extraordinaire pour la science. » [traduction]

Cette image révèle le trou noir — objet incroyablement massif et compact, à la gravité si intense que même la lumière ne peut s’en échapper — situé au cœur de la galaxie Messier 87 (M87), dans l’amas galactique de la constellation de la Vierge.

Le trou noir de M87 est à 55 millions d’années-lumière de la Terre. Sa masse est de 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil. On pense que les trous noirs sont les moteurs gravitationnels centraux de la plupart des galaxies, y compris notre propre Voie lactée.

Les observations du télescope EHT et l’image qui en résulte correspondent aux prédictions théoriques avec une incroyable précision. Ces prédictions remontent à Albert Einstein, dont la théorie de la relativité générale a prédit la déviation de la lumière et la courbure de l’espace-temps sous l’action des trous noirs.

L’image historique résulte d’une collaboration à l’échelle mondiale de plus de 300 chercheurs de 13 organismes partenaires — l’Institut Périmètre est le partenaire canadien — et de dizaines d’organismes affiliés.

« L’Institut Périmètre est fier d’être partenaire de cette remarquable collaboration internationale », a déclaré Robert Myers, directeur de l’Institut Périmètre. « Cette toute première image d’un trou noir constitue une réalisation spectaculaire. Elle nous montre jusqu’à quel point l’univers est extraordinaire et tout ce qu’il reste à y découvrir. » [traduction]

Avery Broderick, professeur associé à l’Institut Périmètre et professeur agrégé à l’Université de Waterloo (organisme affilié au télescope EHT), était l’un des 4 chercheurs de l’équipe du télescope EHT qui ont annoncé la découverte lors d’une conférence de presse tenue le 10 avril au Club national de la presse, à Washington, DC.

M. Broderick et des membres de l’Initiative EHT de l’Institut Périmètre ont élaboré un certain nombre de modèles prédictifs et de simulations qui ont joué un rôle important dans la mise au point du télescope EHT. Ils ont aussi analysé les masses de données résultant des observations effectuées par le télescope. Une conférence tenue en 2014 à l’Institut Périmètre a en outre constitué l’une des premières réunions-clés des partenaires scientifiques de ce projet.

L’image montre un anneau circulaire brillant formé par des gaz ultrachauds et entourant une tache sombre, où l’horizon des événements — le point de non-retour du trou noir — absorbe tout ce qui le traverse, produisant une ombre ou silhouette noire.

« Cette ombre, due à la déviation gravitationnelle de la lumière et à sa capture par l’horizon des événements, révèle beaucoup de choses sur la nature de ces objets fascinants et nous a permis de mesurer l’énorme masse du trou noir de M87 » [traduction], a révélé Heino Falcke, président du conseil scientifique du télescope EHT à l’Université Radboud de Nimègue.

La mise sur pied du télescope EHT a constitué un formidable défi, qui a exigé la mise à niveau et la connexion d’un réseau planétaire de 8 télescopes existants, situés à divers sites difficiles d’accès en altitude. Ces sites comprennent des volcans d’Hawaï et du Mexique, des montagnes de l’Arizona et de la Sierra Nevada espagnole, le désert d’Atacama au Chili, ainsi que l’Antarctique.

Les observations du télescope EHT font appel à une technique appelée VLBI (pour very-long-baseline interferometry – interférométrie à très grande base), qui synchronise plusieurs télescopes dans le monde et exploite la rotation de notre planète pour former un seul immense télescope, de la taille de la Terre, faisant des observations dans une longueur d’onde de 1,3 mm. La VLBI confère au télescope EHT une résolution angulaire de 20 microsecondes d’arc — cette résolution permettrait de lire à partir de New York les petits caractères d’une pièce de 10 cents placée en Afrique du Sud.

Les télescopes qui ont contribué à ce résultat sont les télescopes ALMA et APEX, le télescope IRAM de 30 mètres, le télescope James-Clerk-Maxwell, le grand télescope à ondes millimétriques Alfonso-Serrano, le réseau d’observations submillimétriques (SMA), le télescope submillimétrique et le télescope du Pôle Sud. Des pétaoctets de données brutes de ces télescopes ont été combinées par des superordinateurs spécialisés de l’Institut Max-Planck de radioastronomie et de l’Observatoire Haystack du MIT.

Qu’est-ce que le télescope Horizon des événements?

Même si la saisie d’une image d’un trou noir constitue en soi un tournant, la plus grande valeur scientifique de cette percée réside dans le fait d’avoir un nouvel outil puissant permettant de comprendre les phénomènes les plus mystérieux et les plus intenses de l’univers. Le jour même de l’annonce, l’équipe du télescope EHT a publié 6 articles dans The Astrophysical Journal, et de nombreux autres articles sont en préparation.

« Nous avons maintenant des données exceptionnellement probantes sur le rôle des trous noirs supermassifs au centre de galaxies actives — c’est ainsi que les trous noirs façonnent notre univers à l’échelle des galaxies », a déclaré Sheperd S. Doeleman, du Centre d’astrophysique Harvard et Smithsonian, directeur du projet du télescope EHT. « Des progrès technologiques, des liens entre les meilleurs observatoires de radioastronomie au monde ainsi que des algorithmes innovateurs ont permis de créer une fenêtre totalement inédite sur les trous noirs et leur horizon des événements. » [traduction]

La publication de cette image historique constitue pour l’astronomie un tournant qui ouvrira de nouvelles avenues de recherche tout en donnant lieu à des innovations et à de nouvelles technologies.

« Cette première image ne représente pas l’aboutissement d’une entreprise, mais plutôt le commencement d’une ère nouvelle », a déclaré Avery Broderick.

« Nous entrons maintenant dans une ère de recherches empiriques sur la gravité forte — ce qui relevait purement de la science-fiction il y a seulement une vingtaine d’années. Tout comme la compréhension de l’électromagnétisme a rendu possible l’ère de l’information, une compréhension complète de la force de gravité lancera l’ère de la gravitation, dont nous commençons seulement à imaginer les bénéfices. » [traduction]

Suivez en direct une table ronde sur le thème de l’expansion des horizons, à propos de la signification et des implications des résultats du télescope EHT, à compter de 11 h, heure de l’Est, le 10 avril :

 

Suivez l’annonce de l’équipe du télescope EHT, depuis Washington, DC :

En direct de la Fondation nationale des sciences des États-Unis

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