S’il faut le voir pour le croire, cette fois la preuve est irréfutable : il y a bien un trou noir au centre de notre Voie lactée. Ce 12 mai 2022, sa toute première « photographie » a été présentée par la collaboration Event Horizon Telescope (EHT), forte de 300 chercheurs à travers le monde. Un cliché réalisé à l’aide des observations combinées de huit radiotélescopes dispersés sur toute la planète, simulant un unique télescope doté de l’acuité d’un instrument de plusieurs milliers de kilomètres de diamètre.

Pour bien comprendre l’exploit de l’EHT, il faut réaliser que, sur la voûte céleste, le trou noir central de la Voie lactée (SgrA*) n’occupe que 52 microsecondes d’arc, soit « la taille d’un donut vue sur la Lune depuis la Terre », souligne l’équipe. Malgré sa masse et sa taille intrinsèque imposantes (il « pèse » près de 4 millions de fois la masse du Soleil et s’étend sur près de 8 millions de kilomètres), il reste minuscule sur le ciel car il est situé très loin de nous, à environ 27 000 années-lumière.

Le dernier éclat de la matière avant d’être engloutie

L’image montre la lumière produite par la matière qui s’échauffe lorsqu’elle tombe en spiralant sur le trou noir. La tache béante au centre témoigne du fait que, passé une certaine distance, le rayonnement émis par cette matière ne peut plus nous parvenir. C’est précisément la définition d’un trou noir : il possède un « horizon », une surface impalpable qui enveloppe une région de l’espace-temps dont rien ne peut nous parvenir, pas même la lumière. Le trou noir et son disque de matière sont vus sous un angle de 30°, et le monstre sombre tourne à moins de la moitié de sa valeur maximale théorique. L’image obtenue est en très bon accord avec la relativité générale, cette théorie de la gravitation publiée par Einstein en 1916 et qui des années plus tard, conduit à la prédiction de l’existence des trous noirs.

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L’épilogue d’une longue quête...

Voilà de nombreuses années que les astronomes s’étaient convaincus de la présence d’un trou noir au centre de la Voie lactée – comme, probablement, au centre de la plupart des galaxies. Leurs premiers soupçons étaient apparus dans les années 1990, quand ils avaient réalisé que l’intense source de rayonnement radio au coeur de la Voie lactée n’était associée à aucun astre visible. Puis, dans les années 2000, c’est l’observation du ballet des étoiles les plus proches du centre de la Voie lactée qui les avait conduits à conclure : elles tournaient toutes autour d’un objet manifestement très massif, mais là encore invisible ! Cela ne faisait plus de doute : la Voie lactée possédait elle aussi un trou noir supermassif en son centre. Le prix Nobel de physique 2020 a d’ailleurs été attribué à Reinhard Genzel et Andrea Ghez pour cette découverte. Mais certains théoriciens exploraient encore d’autres pistes...

… et le début d’une nouvelle aventure

Maintenant que preuve est faite qu’il s’agit bien d’un trou noir, l’équipe de l’EHT va pouvoir poursuivre son étude dans le détail. Et pour commencer, tenter d’observer le mouvement de rotation ultrarapide de son disque de matière. Mais cela reste une gageure : autour d’un trou noir, la matière circule pratiquement à la vitesse de la lumière. Par conséquent, pour un trou noir de quelques millions de kilomètres de rayons comme SgrA*, un tour est fait en quelques minutes ! C’est l’une des difficultés auxquelles ont dû faire face l’équipe de l’EHT pour photographier ce trou noir : comme il évolue très vite, et que faire une image nécessite de recombiner les données de plusieurs radiotélescopes à travers le monde, il est très difficile de figer son portrait. « C’est comme tenter de prendre une photo nette d’un chiot qui court après sa queue » a expliqué Chi-Kwan Chan, de l’université d’Arizona. Pour le trou noir observé au centre de la galaxie M87, ce problème n’existait pas : le monstre de six milliards de masses solaires est beaucoup plus gros et, par conséquent, la matière met plusieurs jours pour en faire le tour.

L’image de SgrA* présentée aujourd’hui est une « moyenne », une image floue, réalisée à partir de données acquises entre les 5 et 11 avril 2017. Mais l’EHT a mené d’autres campagnes d’observation depuis – jusqu’en mars dernier – on peut donc s’attendre dans les prochaines années à de nouvelles images spectaculaires.