Les trous noirs, ces étrangetés cosmiques

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Prédits par la théorie, les trous noirs sont des éléments célestes contenant une masse extrêmement importante et dont le champ gravitationnel est si intense qu’ils n’émettent et ne diffusent pas de lumière. Si leur formation reste un mystère, le premier trou noir à avoir été observé affiche une masse de 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil.

Il y a deux décennies, leur existence était encore sujette à caution. Désormais, le doute n’est plus permis: une équipe internationale de scientifiques a dévoilé mercredi la toute première image d’un trou noir, une avancée en astrophysique qui donne un (petit) aperçu de ces monstres peuplant l’univers. Mais aussi un événement qui fera date dans l’histoire de l’exploration du cosmos par l’Humanité, que certains comparent aux premiers pas de l’homme sur la lune.

Prédits par la théorie, les trous noirs restent parmi les objets les plus énigmatiques de notre cosmos. Il s’agit d’éléments célestes possédant une masse extrêmement importante dans un volume très petit. L’image de la Terre ramenée à la taille d’un dé à coudre est souvent utilisée. La concentration de masse-énergie qui s’est effondrée sous leur propre force d’attraction est telle que même la lumière ne peut se soustraire à cette force gravitationnelle.

Par définition, un trou noir ne peut donc pas être observé. En revanche, le disque d’accrétion, la matière relativement brillante qui l’entoure (du plasma, des débris d’étoiles), est détectable et peut donc révéler par contraste l’inquiétant phénomène.

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Le premier monstre cosmique à s’être laissé capturer a été débusqué au centre de la galaxie M87, à environ 50 millions d’années-lumière de la Terre. Il affiche une masse de 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil et tourne dans le sens des aiguilles d’une montre. Il est situé dans une région de 20 milliards de kilomètres de large, environ deux fois le diamètre de notre système solaire.

L’exploit technique que représente sa photographie a été réalisé grâce à une collaboration internationale baptisée Event Horizon Telescope (EHT), qui regroupe une dizaine de radiotélescopes et d’observatoires répartis autour du monde, de l’Europe jusqu’au pôle sud, en passant par le Chili et Hawaï.

Le méthane martien existe-t-il?

Mais où est donc passé le méthane martien? Après près d’un an d’observation en orbite autour de la Planète rouge, la sonde européenne Trace Gas Orbiter (TGO) de la mission ExoMars n’a toujours pas trouvé de traces de méthane, un gaz qui peut être une signature de la vie, ont indiqué mercredi des chercheurs belges dans un article publié dans la revue Nature. Une véritable énigme pour les scientifiques, car plusieurs missions spatiales précédentes avaient détecté du méthane dans l’atmosphère martienne. Encore tout récemment, une nouvelle analyse des données de la sonde européenne Mars Express, en orbite autour de la planète depuis 2003, avait à nouveau débouché sur la conclusion que ce gaz était bel et bien présent à certains endroits sur Mars. Or la sonde TGO est sensée utiliser des équipements plus précis que ceux des missions précédentes, dont le spectromètre Nomad, conçu par l’Institut d’aéronomie spatiale à Uccle et réalisé par plusieurs entreprises belges. Pour Frank Daerden, un scientifique de l’institut spécialiste des instruments, "cela signifie que nous ne comprenons pas les mesures précédentes, et si elles sont correctes, cela implique que le méthane doit être détruit sur Mars par un processus très particulier, encore inconnu".

En revanche, la sonde TGO a été en mesure de faire des observations uniques dès l’apparition d’une tempête de poussière et a pu surveiller comment l’augmentation de la poussière a affecté la vapeur d’eau dans l’atmosphère martienne. Plus important encore, selon les chercheurs belges, "pour la première fois, la distribution verticale de l’eau semi-lourde (HDO) a été mesurée sur Mars, ce qui est important pour comprendre l’histoire de l’eau sur Mars au fil du temps".

Tous les télescopes millimétriques de la planète se sont mis ensemble pour faire la même observation. Combiner ces instruments comme s’ils étaient les petits fragments d’un miroir géant a permis aux astronomes de disposer, le temps de quelques observations, d’un télescope virtuel de la taille de la Terre. Un instrument avec lequel "on pourrait lire, depuis New York, un journal ouvert à Paris", selon le chercheur français Frédéric Gueth, astronome du CNRS.

Pour que tout fonctionne, il fallait d’abord que le temps soit clair partout sur la planète. Ensuite, les scientifiques ont dû débusquer un signal commun à tous les télescopes, le tout dans les quatre petaoctets (4 millions de milliards d’octets) de données récoltées. Enfin, plus d’un an de travail a été nécessaire pour retranscrire les données en photo. Un travail réalisé quatre fois, par quatre équipes différentes, par sécurité.

Deux trous noirs traqués

Signe de l’importance de l’événement, l’image du trou noir a fait l’objet de six articles publiés dans la revue Astrophysical Journal Letters. D’une dizaine de pages chacun, ils sont le fruit du travail d’environ 200 auteurs, de plus de 60 organismes scientifiques. L’image a aussi été présentée lors d’une conférence de presse simultanée dans six villes: Washington, Bruxelles, Santiago, Shanghai, Taipei et Tokyo.

Deux trous noirs étaient traqués par les chercheurs de la collaboration Event Horizon Telescope. L’un, Sagittarius A* est blotti au centre de la voie lactée, à 26.000 années-lumière de la Terre. Sa masse est équivalente à 4,1 millions de fois celle du soleil. Paradoxalement, c’est le trou noir de la galaxie M87, pourtant bien plus loin, qui s’est avéré être d’abord le plus photogénique. Il faudra patienter encore un peu pour avoir une image de notre plus proche voisin.

Tout comme Sagittarius A*, le trou noir de la galaxie M87 est de type "supermassif". Il s’agit de trous noirs qui se logent au centre des galaxies et dont la masse est comprise entre un million et des milliards de fois celle du Soleil. Ils ont commencé à se former très tôt dans l’univers, avec les galaxies. Ils grossissent donc depuis quelque 10 milliards d’années. Mais leur formation reste un mystère.

La science a également identifié des trous noirs stellaires, qui se forment à la fin du cycle de vie d’une étoile. Ils sont extrêmement petits: tenter d’observer les plus proches de nous équivaudrait à chercher à distinguer une cellule humaine sur la Lune.

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