Depuis la première mention par Jon Michell dans une lettre à la Royal Society en 1783, les trous noirs ont captivé l'imagination des scientifiques, écrivains, cinéastes et autres artistes. Peut-être qu'une partie de l'attrait est que ces objets énigmatiques n'ont jamais été "vus". Mais cela pourrait maintenant être sur le point de changer car une équipe internationale d'astronomes connecte un certain nombre de télescopes sur Terre dans l'espoir de faire la toute première image d'un trou noir.

Les trous noirs sont des régions de l'espace à l'intérieur desquelles l'attraction de la gravité est si forte que rien – pas même la lumière – ne peut s'échapper. Leur existence a été prédite mathématiquement par Karl Schwarzchild en 1915, comme solution aux équations posées dans la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.

Les astronomes ont des preuves indirectes depuis de nombreuses décennies que les trous noirs supermassifs – un million à un milliard de fois plus massifs que notre soleil – se trouvent au cœur des galaxies massives. C'est parce qu'ils peuvent voir l'attraction gravitationnelle qu'ils ont sur les étoiles en orbite autour du centre galactique. Lorsqu'il est suralimenté avec du matériel provenant de l'environnement galactique environnant, ils éjectent également des panaches ou des jets de plasma détectables à des vitesses proches de celle de la lumière. L'année dernière, l'expérience LIGO a fourni encore plus de preuves en détectant les fameuses ondulations dans l'espace-temps causées par deux trous noirs de masse moyenne qui ont fusionné il y a des millions d'années.

Mais alors que nous savons maintenant que les trous noirs existent, questions sur leur origine, l'évolution et l'influence dans l'univers restent à la pointe de l'astronomie moderne.

Attraper une petite tache dans le ciel

Du 5 au 14 avril 2017, l'équipe derrière le télescope Event Horizon espère tester les théories fondamentales de la physique des trous noirs en essayant de prendre la toute première image de l'horizon des événements d'un trou noir (le point auquel la théorie prédit que rien ne peut s'échapper). En connectant un réseau mondial de radiotélescopes pour former l'équivalent d'un télescope géant de la taille de la Terre - en utilisant une technique connue sous le nom d'interférométrie à très longue base et de synthèse d'ouverture de la Terre - les scientifiques scruteront le cœur de notre galaxie de la Voie lactée où un noir trou qui est 4m fois plus massif que notre soleil – Sagittaire A* – se cache.

Les astronomes savent qu'il y a un disque de poussière et de gaz en orbite autour du trou noir. Le chemin emprunté par la lumière de ce matériau sera déformé dans le champ gravitationnel du trou noir. Sa luminosité et sa couleur devraient également être modifiées de manière prévisible. La signature révélatrice que les astronomes espèrent voir avec le télescope Event Horizon est une forme de croissant brillant plutôt qu'un disque. Et ils peuvent même voir l'ombre de l'horizon des événements du trou noir sur fond de ce matériau tourbillonnant brillamment brillant.

Le réseau relie neuf stations couvrant le globe - certains télescopes individuels, d'autres collections de télescopes – en Antarctique, Chili, Hawaii, Espagne, Mexique et Arizona. Le "télescope virtuel" est en développement depuis de nombreuses années et la technologie a été testée. Cependant, ces tests ont d'abord révélé une sensibilité limitée et une résolution angulaire insuffisante pour sonder jusqu'aux échelles nécessaires pour atteindre le trou noir. Mais l'ajout de nouveaux réseaux de télescopes sensibles – y compris le grand réseau millimétrique d'Atacama au Chili et le télescope du pôle Sud – donnera au réseau un coup de pouce bien nécessaire en puissance. C'est un peu comme mettre des lunettes et être soudainement capable de voir les deux phares d'une voiture venant en sens inverse plutôt qu'un seul flou de lumière.

Le trou noir est une source compacte sur le ciel - sa vue aux longueurs d'onde optiques (la lumière que nous pouvons voir) est complètement bloquée par de grandes quantités de poussière et de gaz. Cependant, des télescopes avec une résolution suffisante et fonctionnant plus longtemps, des longueurs d'onde radio-millimétriques peuvent scruter ce brouillard cosmique.

La résolution de n'importe quel type de télescope - le plus petit détail qui peut être discerné et mesuré - est généralement citée comme un petit angle correspondant au rapport de la taille d'un objet à sa distance. La taille angulaire de la Lune vue de la Terre est d'environ un demi-degré, ou 1800 secondes d'arc. Pour tout télescope, plus son ouverture est grande, plus le détail qui peut être résolu est petit.

La résolution d'un seul radiotélescope (généralement avec une ouverture de 100 mètres) est d'environ 60 secondes d'arc. Ceci est comparable à la résolution de l'œil humain non assisté et à environ un soixantième du diamètre apparent de la pleine lune. Mais en connectant de nombreux télescopes, le télescope Event Horizon sera sur le point d'atteindre une résolution de 15 à 20 microsecondes d'arc (0, 000015 secondes d'arc), correspondant à pouvoir apercevoir un raisin à la distance de la lune.

Ce qui est en jeu?

Bien que la pratique consistant à connecter de nombreux télescopes de cette manière soit bien connue, des défis particuliers attendent le télescope Event Horizon. Les données enregistrées à chaque station du réseau seront expédiées vers une installation de traitement centrale où un superordinateur combinera soigneusement toutes les données. Météo différente, les conditions atmosphériques et du télescope sur chaque site nécessiteront un étalonnage méticuleux des données afin que les scientifiques puissent être sûrs que les caractéristiques qu'ils trouvent dans les images finales ne sont pas des artefacts.

Si ça marche, imager le matériau à l'intérieur de la région du trou noir avec des résolutions angulaires comparables à celle de son horizon des événements ouvrira une nouvelle ère d'études des trous noirs et résoudra un certain nombre de grandes questions :existe-t-il même des horizons d'événements ? La théorie d'Einstein fonctionne-t-elle dans cette région de gravité extrême ou avons-nous besoin d'une nouvelle théorie pour décrire la gravité si proche d'un trou noir ? Aussi, comment les trous noirs sont-ils alimentés et comment la matière est-elle éjectée ?

Il peut même être possible d'imager les trous noirs au centre des galaxies proches, comme la galaxie elliptique géante qui se trouve au cœur de notre amas local de galaxies.

Finalement, la combinaison de la théorie mathématique et de la compréhension physique profonde, collaborations scientifiques internationales mondiales et remarquables, les avancées tenaces à long terme dans le domaine de la physique expérimentale et de l'ingénierie de pointe semblent prêtes à faire de la révélation de la nature de l'espace-temps une caractéristique déterminante de la science du début du 21e siècle.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.