Ce premier point de vue sur un trou noir en mouvement, étrangement vacillant, bouleverse nos théories de l’univers

Les trous noirs sont connus pour être voraces, inéluctables, et comptent parmi les éléments les plus impressionnants de l’univers connu, mais ce que nous n’avions pas réalisé jusqu’à présent, c’est qu’ils peuvent osciller. De nouvelles recherches de l’université de Chicago ont exploité un réseau de télescopes unique pour suivre le trou noir supermassif au centre de la galaxie M87, et ont ainsi permis de faire une nouvelle découverte, et de lever un nouveau mystère.

Cela fait plus d’un an que la collaboration de l’Event Horizon Telescope (EHT) a publié une image de ce trou noir, M87*.

Cependant, les données recueillies sur l’objet supermassif datent en fait de bien avant cela, avec des ensembles d’archives disponibles de 2009 à 2013.

Les données antérieures ne sont que partielles, car elles reposent sur le premier lot de télescopes qui ont rejoint le réseau Event Horizon. Plutôt qu’un seul instrument, il s’agit en fait d’une collaboration entre 13 instituts et plusieurs télescopes individuels, qui combinent leurs données selon différentes perspectives.

Présentation du réseau de télescopes de la collaboration ETH. (AFP)

En appliquant les dernières techniques d’analyse à ces données plus anciennes, les chercheurs ont pu obtenir de nouvelles données sur M87* et son activité.

Selon Maciek Wielgus, astronome au Centre d’astrophysique et auteur principal d’un document détaillant les nouvelles découvertes :

L’année dernière, nous avons vu une image de l’ombre d’un trou noir, composée d’un croissant lumineux formé par le plasma chaud tourbillonnant autour de M87*, et d’une partie centrale sombre, où nous nous attendons à ce que l’horizon des événements du trou noir soit. Mais ces résultats n’étaient basés que sur des observations effectuées pendant une période d’une semaine en avril 2017, ce qui est beaucoup trop court pour constater de nombreux changements.

Une animation représentant une année d’évolution de l’image de M87* selon des simulations numériques. L’angle de position mesuré du côté lumineux du croissant est indiqué, ainsi qu’un anneau de 42 microarcsecondes. Pour une partie de l’animation, une image floue à la résolution de l’EHT est présentée. (G. Wong, B. Prather/ C. Gammie/ M. Wielgus & la collaboration EHT)

Les données de 2009-2013 proviennent d’un prototype de réseau, mais en appliquant une modélisation statistique, il a suffi de montrer comment M87* avait changé au fil du temps. D’une part, cela confirme certaines théories existantes. Le diamètre de l’ombre du trou noir, par exemple, correspond à la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Photos du trou noir M87* obtenues par imagerie / modélisation géométrique, et du réseau de télescopes EHT en 2009-2017. Le diamètre de tous les anneaux est similaire, mais l’emplacement du côté lumineux varie. (M. Wielgus/ D. Pesce et la collaboration EHT)

D’autre part, il a également permis de découvrir quelques surprises. Bien que l’anneau en forme de croissant soit de la bonne taille comme le prévoyait la théorie, ce qui ne devait pas se produire, c’est un vacillement perceptible.

Les théories actuelles ont prédit une partie de ce phénomène, car le flux d’accrétion du gaz surchauffé tombant sur le trou noir s’ionise puis subit les turbulences des champs magnétiques. Cela expliquerait certaines oscillations visibles, expliquent les scientifiques, mais pas toutes.

Wielgus suggère :

En fait, nous voyons beaucoup de variations, et tous les modèles théoriques d’accrétion ne permettent pas d’obtenir autant d’oscillations. Cela signifie que nous pouvons commencer à écarter certains modèles en nous basant sur la dynamique observée de la source.

L’espoir est que les données de 2018, actuellement en cours de traitement, permettront d’obtenir plus de détails sur cette oscillation et sur ce qui pourrait en être la cause principale. En attendant, la collecte de données doit reprendre en mars 2021, la campagne d’observation de 2020 ayant été suspendue en raison des conditions météorologiques, de la pandémie en cours et d’autres facteurs.

L’étude publiée dans l’Astrophysical Journal : Monitoring the Morphology of M87* in 2009–2017 with the Event Horizon Telescope et présentée sur le site de l’ETH : Wobbling Shadow of the M87* Black Hole.