La première image d’un trou noir
2019 Galaxie M87, observée par huit radiotélescopes dans le monde (dont ALMA, au Chili)
En bref
Un trou noir a une gravité si forte que même la lumière n’arrive pas à en sortir : c’est pourquoi on ne peut pas le voir directement. En reliant huit radiotélescopes répartis dans le monde, les scientifiques de l’Event Horizon Telescope ont obtenu l’équivalent d’un télescope presque aussi grand que la Terre. Le 10 avril 2019, ils ont montré la première image de l’ombre d’un trou noir, entourée d’un anneau lumineux. Il se trouve au centre de la galaxie M87, à environ 55 millions d’années-lumière, et sa masse est de 6,5 milliards de fois celle du Soleil.
Pourquoi c’est important Cette image vraie a confirmé ce que la théorie de la relativité d’Einstein prévoyait.
Source : ESO, « Astronomers Capture First Image of a Black Hole » (communiqué eso1907)

Fiche pour étudier environ 5 minutes de lecture
Le récit
Une étoile si lourde
Un trou noir est l’un des objets les plus étranges de l’univers. Il naît, en général, quand une étoile bien plus grosse que le Soleil n’a plus de combustible et s’effondre sur elle-même : toute sa matière se concentre dans un espace minuscule. La gravité, c’est-à-dire la force qui attire les choses, devient si forte que rien, pas même la lumière, ne peut plus s’échapper. C’est pour cela qu’on ne le voit pas : il est « noir ». Sa frontière s’appelle l’« horizon des événements » : celui qui la franchit ne peut plus revenir en arrière.
L’idée remonte à Einstein. En 1915, il publia la théorie de la relativité générale, selon laquelle la gravité est une courbure de l’espace et du temps. Quelques mois plus tard, l’astronome allemand Karl Schwarzschild, qui se trouvait au front pendant la Première Guerre mondiale, trouva une solution de ses équations qui décrivait justement un objet de ce genre. Einstein lui-même, pourtant, ne croyait pas qu’il puisse exister vraiment. Le nom « trou noir » fut rendu célèbre en 1967 par le physicien américain John Wheeler.
Des preuves indirectes
Pendant des décennies, les trous noirs restèrent une hypothèse. Puis les astronomes commencèrent à en trouver des traces : des étoiles qui tournaient autour d’un point invisible, du gaz qui tombait en tourbillon et devenait brûlant en émettant des rayons X, et même, en 2015, les ondes gravitationnelles, de minuscules vibrations de l’espace provoquées par la fusion de deux trous noirs, captées par les instruments LIGO. Mais il manquait une chose : en voir un.
Un télescope grand comme la Terre
Photographier un trou noir est un exploit énorme. Même les plus grands sont très lointains et, vus de la Terre, ils semblent minuscules, comme si l’on voulait voir une orange sur la Lune. Pour obtenir une image aussi nette, il faudrait un télescope grand comme notre planète. Les scientifiques eurent une idée : relier entre eux des radiotélescopes situés en des lieux très éloignés, et les faire travailler tous ensemble comme un unique télescope géant. Ainsi naquit l’Event Horizon Telescope, le « télescope de l’horizon des événements ».
En avril 2017, huit radiotélescopes, au Chili, à Hawaï, en Arizona, au Mexique, en Espagne et au pôle Sud, pointèrent pendant quelques jours vers la même cible : le centre d’une grande galaxie, appelée M87, à environ cinquante-cinq millions d’années-lumière de la Terre. Les télescopes enregistrèrent des quantités énormes de données, environ cinq pétaoctets, si nombreuses qu’on ne pouvait pas les envoyer par Internet : elles furent chargées sur des centaines de disques et transportées en avion jusqu’à deux centres de calcul, aux États-Unis et en Allemagne. Pendant deux ans, plus de deux cents scientifiques de nombreux pays travaillèrent à reconstituer l’image : parmi eux, une jeune informaticienne, Katie Bouman, devenue célèbre quand une photo d’elle à côté des disques fit le tour du web, même si ce fut un travail d’équipe, auquel contribuèrent de nombreuses personnes.
L’image
Le 10 avril 2019, lors de conférences de presse à Bruxelles, Washington, Tokyo, Santiago et dans d’autres villes, fut montrée la première photographie d’un trou noir : un anneau orange, de lumière floue, autour d’une tache noire au centre. L’anneau est le gaz qui tourne à très grande vitesse autour du trou noir et s’échauffe ; la zone sombre est son ombre. Le trou noir de M87 pèse environ six milliards et demi de fois le Soleil, et son horizon est plus grand que tout le Système solaire.
En 2022, la même équipe publia la photographie d’un autre trou noir, celui qui se trouve au centre de notre galaxie, la Voie lactée, appelé Sagittarius A*, situé à environ vingt-sept mille années-lumière et d’une masse d’environ quatre millions de Soleils. Là aussi, un anneau lumineux autour d’un centre sombre.
Pourquoi c’est arrivé
La photographie est née d’une théorie vieille d’un siècle, la relativité générale, qui prévoyait l’existence et l’aspect des trous noirs. Mais il fallait des technologies nouvelles : des radiotélescopes très sensibles, des horloges atomiques capables de synchroniser les données de lieux éloignés, des superordinateurs et des algorithmes pour reconstituer l’image.
La collaboration compta aussi : aucun pays n’aurait pu tout faire seul. L’idée d’unir des télescopes du monde entier avait été soutenue surtout par des scientifiques comme Heino Falcke, aux Pays-Bas, et Sheperd Doeleman, aux États-Unis.
Ce qui a changé
L’image de 2019 a confirmé qu’Einstein avait raison même dans un cas extrême : la forme de l’ombre correspondait à celle calculée avec la relativité. Elle a ouvert un nouveau domaine d’étude, où l’on cherche des films de trous noirs et leurs « jets » de matière.
Les trous noirs ne sont pas des « aspirateurs » qui avalent tout : loin d’eux, un trou noir attire les choses comme une étoile ordinaire de même masse. Mais ils sont essentiels pour comprendre comment naissent et grandissent les galaxies : presque toutes, y compris la nôtre, en ont un géant en leur centre.
En 2020, le prix Nobel de physique a été attribué à Roger Penrose, pour avoir démontré que les trous noirs sont une conséquence de la relativité générale, et à Reinhard Genzel et Andrea Ghez, pour avoir découvert le trou noir au centre de notre galaxie.
Personnes et lieux clés
Personnes
- Albert Einstein
- Physicien allemand (1879-1955) : avec la relativité générale (1915), il prévit les bases théoriques des trous noirs.
- Karl Schwarzschild
- Astronome allemand (1873-1916) : il trouva la première solution des équations d’Einstein qui décrit un trou noir.
- Heino Falcke
- Astrophysicien allemand (né en 1966) : il proposa de photographier l’ombre d’un trou noir.
- Sheperd Doeleman
- Astrophysicien américain (né en 1967) : il dirigea l’Event Horizon Telescope.
- Katie Bouman
- Informaticienne américaine (née en 1989) : parmi les chercheurs qui reconstituèrent l’image du trou noir.
Lieux
- Galaxie M87, dans la constellation de la Vierge
- Le trou noir photographié en 2019 se trouve au centre de cette grande galaxie, à environ 55 millions d’années-lumière.
- Désert d’Atacama, Chili
- C’est ici que se trouve ALMA, l’un des radiotélescopes de l’Event Horizon Telescope.
À savoir
- L’Event Horizon Telescope utilisa des télescopes au Chili, à Hawaï, en Arizona, au Mexique, en Espagne et au pôle Sud.
- Les données enregistrées en 2017 occupaient environ cinq pétaoctets et furent transportées en avion sur des centaines de disques.
- Le trou noir de M87 a une masse d’environ 6,5 milliards de fois celle du Soleil.
- L’expression « trou noir » fut rendue célèbre en 1967 par le physicien John Wheeler.
- L’image montre un anneau de lumière orange : c’est du gaz brûlant qui tourne autour du trou noir.
Pour aller plus loin
- ESO, « Astronomers Capture First Image of a Black Hole » (en anglais) eso.org
- Event Horizon Telescope, official website (en anglais) eventhorizontelescope.org
- Wikipédia, article « Trou noir » fr.wikipedia.org
- Wikipédia, article « Event Horizon Telescope » fr.wikipedia.org
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Avant et après, dans l’ère « Aujourd’hui »
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AvantNaissance de la Communauté européenne1957
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