Un trou noir intermédiaire a été découvert tout près de la Terre !

TROU NOIR. Situé dans notre galaxie, un trou noir a été découvert grâce au télescope spatial Hubble. Il s'agit d'un trou noir d'un type rare et dont l'origine est encore mal comprise par les astronomes.

[Mis à jour le 25 mai 2023 à 16h25] Bien qu'il soit moins puissant que son successeur James Webb, le télescope spatial Hubble n'a pas dit son dernier mot. C'est grâce à ses instruments qu'une équipe de chercheurs du Maryland a pu débusquer un trou noir encore inconnu dans l'amas globulaire de Messier 4, une zone très dense en étoiles située dans la Voie lactée. Ce trou noir dont la présence est fortement soupçonnée par la NASA présente deux particularités. D'une part, il ne se trouve qu'à 6 000 années-lumière de la Terre ce qui, à l'échelle astronomique, est assez proche. D'autre part, il s'agit d'un trou noir insolite par sa taille. Estimé à environ 800 masses solaires, ce trou noir est d'un type intermédiaire qui le place entre les petits trous noirs stellaires et les plus grands connus, les fameux trous noirs supermassifs.

Repérer ces objets stellaires est extrêmement difficile. En effet, par nature, les trous noirs aspirent tout ce qui passe à proximité, y compris la lumière. Par conséquent, il est très compliqué de les photographier. Ainsi, pour dénicher ce trou noir, la NASA a mis en place une stratégie couramment utilisée. Elle a ainsi observé l'amas Messier 4 et les étoiles qui le composent durant 12 ans. Ce sont les mouvements des étoiles situées dans le champ gravitationnel du trou noir qui ont permis de déceler sa présence.

Qu'est-ce qu'un trou noir ?

La nature même du trou noir rend son observation difficile. Pour résumer : les trous noirs sont des objets astronomiques qui existent dans la théorie de la relativité générale d'Einstein, et dans la théorie des trous noirs développée par des scientifiques successifs, de Wheeler à Stephen Hawking. Ce sont des objets infiniment massifs dans l'univers. Leur masse est si importante qu'absolument rien ne peut échapper à leur attraction, pas même la lumière. D'où la difficulté à les capturer sur une photo. Si leur existence n'avait pas été confirmée à 100%, on soupçonnait déjà l'existence de trous noirs dans de nombreux endroits de l'univers, y compris au centre de notre galaxie.

Comment se forment les trous noirs intermédiaires ?

Les trous noirs intermédiaires correspondent à une catégorie découverte récemment et rarement observée. On ne connaît pas encore tous les secrets de leur formation mais les scientifiques avancent quelques hypothèses sur le sujet. Les trous noirs intermédiaires pourraient avoir vu le jour par agrégation de trous noirs plus petits. Ils pourraient également s'être formés à partir de trous noirs primordiaux dont la naissance remonte aux premiers instants de l'Univers. La découverte d'un potentiel trou noir intermédiaire à proximité du Soleil dans l'amas globulaire Messier 4 pourrait nous aider à en apprendre davantage sur ces objets qui font l'objet de controverses au sein de la communauté scientifique.

Qu'est-ce qu'un trou noir supermassif ?

Un trou noir est une région de l'espace où la matière est tellement dense que la gravité empêche la lumière de s'en échapper. C'est précisément pour cette raison qu'ils sont invisibles et appelés " trous noirs ". Un trou noir est délimité par un "horizon" qui correspond à la limite à partir de laquelle il faudrait atteindre une vitesse supérieure à celle de la lumière pour s'en échapper. Autrement dit, à partir de cette limite, même la lumière ne peut plus s'extraire du trou noir.

Un trou noir supermassif est une catégorie de trous noirs, au même titre que les trous noirs stellaires, les trous noirs primordiaux et les trous noirs intermédiaires. Les trous noirs supermassifs sont caractérisés par une masse qui peut faire entre plusieurs millions et jusqu'à des milliards de fois la masse du Soleil. Ce sont donc des mastodontes parmi les trous noirs.

Quelles photos de trou noir ?

En 2019, la première photo d'un trou noir était publiée. Il s'agissait de M87 situé dans la galaxie Messier 87. Cette première image de trou noir (ci-dessous) nous a permis de valider l'hypothèse de leur existence puisque cette dernière n'avait jamais été prouvée. Pour reprendre les mots du CNRS, on peut voir "une structure d'anneau avec une région centrale circulaire et obscure". Cette zone centrale est le trou noir lui-même, qui se détache du fond brillant. Une image qui correspond exactement à ce que prédit la théorie de la relativité générale d'Einstein. "La structure orange correspond à la matière surchauffée autour du trou noir" poursuit le site du CNRS.

L'image ci-dessus a permis d'illustrer un certain nombre de caractéristiques qu'on connaissait déjà sur ce trou noir. On savait par exemple que sa masse équivalait environ à 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil, un record pour ce type d'objet. Autre information de taille : le trou noir lui-même mesure 38 milliards de kilomètres, soit 250 unités-astronomiques, la distance entre le Soleil et la Terre. Le disque de gaz qui l'entoure est environ 100 fois plus grand. Des chiffres vertigineux, devant une image difficile à décrypter pour les novices.

Les réactions à cette première image de trou noir prise en 2019 ont été unanimes, dans la presse spécialisée mais aussi les médias généralistes et sur Internet. "La porte de l'Univers" titrait par exemple le journal catalan Ara. "Vertigineux !" pour le Télégramme. Et même dans la presse, on se permettait quelques détournements : "A quoi ressemble le Brexit de l'espace ?" demandait Metro le 11 avril 2019. Les scientifiques s'étaient alors émus de l'avancée que représentait cette image. "Nous avons réussi à transformer un outil mathématique en un objet physique que l'on peut tester, observer et mesurer" avait expliqué l'un des intervenants lors de la conférence de presse où l'image avait été dévoilée.

Une deuxième image avait également été publiée. Celle-ci montre un plan beaucoup plus large du trou noir. Si le "trou" lui même apparait beaucoup moins clairement sur cette photo, on y voit en revanche une image beaucoup plus impressionnante du gaz et de la matière surchauffée au centre de la galaxie M87. Prise par le télescope Chandra, elle est également beaucoup plus vertigineuse : notre système solaire pourrait tenir dans le point noir au centre de l'encadré sur la photo.

En 2022, le télescope Event Horizon Telescope a produit une deuxième photo d'un trou noir. Cette fois, c'est Sagittarius A*, le trou noir supermassif de notre Galaxie, qui a été capturé. Pourtant, entre les deux trous noirs, la ressemblance est frappante.

"Le résultat est peut-être un peu décevant parce que les deux images se ressemblent énormément", a analysé Frédéric Gueth, directeur adjoint de l'Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM), au Monde "Mais, en réalité, c'est un résultat très intéressant". Ce résultat indique, d'une part, que la première photo n'est pas le résultat du hasard ou d'une erreur, puisque les deux clichés se ressemblent. Deuxièmement, ces deux images similaires permettent de vérifier la théorie de la relativité générale d'Einstein puisqu'on retrouve les même structures sur deux trous noirs situés dans des endroits très éloignés.

Comment se forme un trou noir ?

Les procédés qui aboutissent à la formation d'un trou noir restent en grande partie obscurs pour la communauté scientifique bien qu'un certain nombre de théories existent. En fonction de la nature du trou noir, les mécanismes mis en œuvre ne sont pas les mêmes.

Les trous noirs stellaires sont issus de la mort d'une étoile suffisamment massive pour s'effondrer sur elle-même. Lorsqu'une étoile meurt, elle finit par se contracter sur elle-même et s'éteindre. Mais si cette dernière est très massive, la masse restante se concentre en un point infiniment petit et dense qu'on appelle " la singularité ". Ce point génère une force de gravité telle que même la lumière ne peut s'en échapper.

Les trous noirs supermassifs comme Sagittarius A* ou M87, les deux trous noirs ayant été photographiés en 2019 et 2022, interrogent davantage les scientifiques qui ne connaissent pas encore leur mécanisme de formation. Il est toutefois possible que ces trous noirs soient issus de la fusion de plusieurs trous noirs stellaires.