Être astrophysicien et père de deux enfants n'est pas une tâche facile. Demandez simplement à Dimitrios Psaltis.

Un matin récent, le professeur d'astronomie et de physique de l'Université d'Arizona a basculé entre une recette de crêpes françaises et une série de simulations informatiques complexes retraçant le contour d'un trou noir.

"La vie continue, " dit Psaltis, le 2016-2017 Shutzer Fellow au Radcliffe Institute for Advanced Study de Harvard, qui travaille à capturer la toute première image de l'immense vide sombre au centre de la Voie lactée, celui que les scientifiques pensent aspirer toute matière ou rayonnement qui erre trop près de son horizon des événements, ou point de non-retour.

"Du matin, tu fais des trous noirs, " dit Psaltis, "dans la soirée, vous faites des crêpes au Nutella pour vos enfants."

Donner la priorité à son temps est une seconde nature pour Psaltis, un scientifique principal du projet Event Horizon Telescope (EHT), un effort multinational impliquant plus de 100 chercheurs, y compris sa femme, Feryal Özel, ancien camarade de Radcliffe, et une série de radiotélescopes super puissants dispersés dans le monde entier. Au printemps prochain, ces télescopes transformeront la Terre en un seul œil géant lorsqu'ils pointeront tous vers le Sagittaire A*, le trou noir au centre de la galaxie prévu pour la première fois par Albert Einstein et sa théorie de la relativité générale, et depuis lors l'objet d'étude par d'innombrables physiciens théoriciens, parmi eux le célèbre détective cosmique Stephen Hawking.

Au cours de sa bourse, Psaltis affinera les simulations informatiques que lui et son équipe utiliseront lors de l'analyse des données EHT pour déterminer la taille et la forme du trou noir. Leurs résultats pourraient prouver que la théorie d'Einstein - la notion que la gravité est due à la courbure du continuum connu sous le nom d'espace-temps - est exacte. Ou, peut-être, juste un peu en retrait.

"Ce que nous recherchons n'est pas une description de la gravité, " il a dit, "mais la description qui se trouve être celle qui décrit notre univers."

Pour faire ces calculs, les chercheurs devront voir ce qui était jusqu'ici invisible. Mais comment capturez-vous exactement l'image d'une filature, gouffre noir géant ? Vous ne le faites pas, dit Psaltis. Vous prenez une photo de son ombre.

Des particules chargées qui ont été éjectées de la surface des étoiles proches tourbillonnent autour du Sagittaire A*. Se déplaçant à des vitesses supersoniques, ces particules chauffent à des millions de degrés pour former une masse brillante de plasma, ou "disque d'accrétion, " autour du bord du trou noir avant qu'ils ne soient engloutis.

"Le plasma est si chaud qu'il brille dans les ondes radio détectées par les télescopes, " dit Psaltis. " Vous mettez un trou noir devant ce plasma lumineux et vous obtenez une ombre, vous obtenez une silhouette."

Mais, comme l'a découvert l'équipe des effets spéciaux du film "Interstellar", produire une image réaliste d'un trou noir prend énormément de temps. (Certaines images individuelles du film auraient pris 100 heures pour être rendues.) Désireux d'accélérer le processus, Psaltis et son équipe ont piraté la carte graphique de leur ordinateur, le circuit imprimé qui contrôle la façon dont les images apparaissent à l'écran, et lui a donné un petit quelque chose en plus.

"Nous l'avons fait programmer ces puces pour faire le rendu en présence d'un trou noir. … Nos codes sont si rapides que maintenant nous utilisons un type de Xbox pour contrôler le processus avec nos mains car il n'y a aucun moyen de taper assez vite pour le faire ce."

Si l'image que Psaltis et ses collègues produisent est parfaitement ronde, cela indiquera qu'Einstein avait tout à fait raison. Mais si l'image commence à se déformer et à se plier, cela signifie que sa théorie pourrait avoir besoin de quelques ajustements.

"Ce joli cercle que vous voyez ici a une taille particulière, n'a une forme particulière que parce que la théorie d'Einstein nous l'a dit, " dit Psaltis, pointant vers une simulation sur son écran. « Si la théorie est différente, la taille et la forme seront différentes.

"La forme de l'ombre peut être utilisée pour nous dire exactement à quoi ressemble ce champ gravitationnel à l'extérieur de ce trou noir, " ajouta-t-il. " Et en mesurant cela, soit on pourra dire si la théorie d'Einstein le prédit à 100 %, ou s'il y a de petits ajustements que nous devons ajouter pour bien faire les choses… c'est le pistolet fumant en ce qui concerne la gravité d'Einstein. "

Le projet actuel de Psaltis a des racines profondes à Harvard. Dans les années 1990, lui et zel étaient tous les deux sur le campus, Psaltis en recherche postdoctorale, sa future épouse poursuivant son doctorat. Ensemble, ils ont collaboré avec Ramesh Narayan, le professeur Thomas Dudley Cabot des sciences naturelles, sur les premières simulations qui ont exploré ce qui arrive au plasma autour d'un trou noir. Cette recherche a permis de déterminer que la longueur d'onde radio qui leur donnerait les meilleures chances de voir l'horizon des événements du trou noir était d'environ un millimètre de long.

"Nous avons constaté que le plasma devient de plus en plus transparent à mesure que vous passez à une fréquence de plus en plus élevée et c'est ce que nous avons calculé, où vous devez faire cette observation pour pouvoir regarder à travers le plasma, " dit Psaltis. A un millimètre tu "vois l'ombre du trou noir, " il a dit.

Le travail s'appuie sur les recherches de Sheperd Doeleman, astrophysicien au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et chercheur principal du projet Event Horizon. C'est Doeleman qui a le premier mesuré la taille de la région émettrice du disque d'accrétion, En 2008.

Les sceptiques persistent. Malgré son potentiel pour faire progresser la compréhension des trous noirs et rendre un jugement scientifique clé sur le travail d'Einstein, des recherches comme celle de Psaltis laissent certains douter d'un effet sur la vie sur Terre lorsque le Sagittaire A * a 26 ans, à 000 années-lumière. Originaire de Grèce, qui a dit qu'il recevait cette question "tout le temps, " met son chapeau de philosophe pour y répondre. De telles entreprises ont un pied à la fois dans le passé et dans l'avenir, il a noté, et peut également éclairer des événements et des idées spécifiques, du Big Bang aux investigations sur les univers parallèles.

Tout aussi importante est l'idée que la recherche d'aujourd'hui pourrait avoir son plus grand impact demain, dit Psaltis. Pour faire valoir son point de vue, il a cité les travaux du mathématicien allemand Bernhard Riemann, qui a défié le modèle accepté de la géométrie euclidienne dans les années 1800 en imaginant un monde dans lequel deux lignes parallèles se sont finalement croisées. Einstein continuerait à fonder la relativité générale sur le cadre mathématique de Riemann.

"Pas même dans ses rêves les plus fous, Riemann n'aurait pu prédire cela, " dit Psaltis. " Mais s'il n'avait pas demandé dans les années 1800, « Y a-t-il un moyen de faire se croiser deux lignes parallèles ? » nous n'aurions pas les théories d'Einstein, ou GPS, puisque votre téléphone effectue des calculs basés sur les théories d'Einstein pour déterminer où vous êtes.

"La pensée abstraite est bonne pour la curiosité intellectuelle, " ajouta-t-il. " Vous ne pouvez jamais dire où cela peut vous mener. "