La première image d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie montre comment nous avons, en un sens, observé l'invisible.

L'image fantomatique est une carte d'intensité radio du plasma lumineux derrière, et donc silhouettage, « l'horizon des événements » du trou noir – la cape sphérique d'invisibilité autour d'un trou noir d'où même la lumière ne peut s'échapper.

La "photographie" radio a été obtenue grâce à une collaboration internationale impliquant plus de 200 scientifiques et ingénieurs qui ont relié certains des radiotélescopes les plus performants au monde pour voir efficacement le trou noir supermassif de la galaxie connu sous le nom de M87.

Alors comment diable en sommes-nous arrivés là ?

Des "étoiles noires"

C'est l'astronome anglais John Michell qui, en 1783, a formulé pour la première fois l'idée d'"étoiles noires" si incroyablement denses que leur gravité serait impossible à fuir, même si vous étiez un photon capable de se déplacer à la vitesse de la lumière.

Les choses ont parcouru un long chemin depuis cette vision pionnière.

En janvier de cette année, les astronomes ont publié une image de l'émission provenant de la source radio connue sous le nom de Sagittarius A*, la région entourant immédiatement le trou noir supermassif au centre de notre galaxie.

Impressionnant, cette image avait des détails sur des échelles jusqu'à neuf fois la taille de l'horizon des événements du trou noir.

Maintenant, le télescope Event Horizon (EHT) a réussi à résoudre l'horizon des événements autour du trou noir supermassif de M87, une galaxie relativement proche à partir de laquelle la lumière met 55 millions d'années-lumière pour nous atteindre, en raison de sa distance.

Chiffres astronomiques

Les objets astronomiques sont accompagnés de figures astronomiques, et cet objectif ne fait pas exception.

Le trou noir de M87 a une masse qui est 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil, qui elle-même est un tiers de million de fois la masse de la Terre. Son horizon des événements a un rayon d'environ 20 milliards de kilomètres, plus de trois fois la distance entre Pluton et notre Soleil.

Il est, cependant, loin, et l'incroyable prouesse d'ingénierie requise pour voir une telle cible s'apparente à essayer d'observer un objet de 1 mm de taille à une distance de 13, 000 km.

Ce résultat digne du prix Nobel est, bien sûr, pas de découverte fortuite, mais une mesure fondée sur des générations de perspicacité et de percée.

Prédictions sans observation

Au début des années 1900, des progrès considérables ont eu lieu après qu'Albert Einstein a développé ses théories de la relativité. Ces équations durables relient l'espace et le temps, et dicter le mouvement de la matière qui à son tour dicte les champs gravitationnels et les ondes dans l'espace-temps.

Peu après, en 1916, les astronomes Karl Schwarzschild et Johannes Droste ont réalisé indépendamment que les équations d'Einstein donnaient lieu à des solutions contenant une "singularité mathématique", un point indivisible de volume nul et de masse infinie.

Étudier l'évolution des étoiles dans les années 1920 et 1930, les physiciens nucléaires sont arrivés à la conclusion apparemment inévitable que si elle est suffisamment massive, certaines étoiles finiraient leur vie dans un effondrement gravitationnel catastrophique entraînant une singularité et la création d'une "étoile gelée".

Ce terme reflétait la nature relative bizarre du temps dans la théorie d'Einstein. A l'horizon des événements, la tristement célèbre frontière de non-retour entourant une telle étoile effondrée, le temps semblera se figer pour un observateur externe.

Alors que les progrès dans le domaine de la mécanique quantique ont remplacé la notion de singularité par une boîte quantique tout aussi déconcertante mais finie, la surface réelle, et intérieur, des trous noirs reste un domaine de recherche actif aujourd'hui.

Alors que notre galaxie peut contenir des millions de trous noirs de masse stellaire de John Michell - dont nous connaissons la localisation d'une douzaine environ - leurs horizons d'événements sont trop petits pour être observés.

Par exemple, si notre Soleil s'effondrait en un trou noir, le rayon de son horizon des événements ne serait que de 3 km. Mais la collision de trous noirs de masse stellaire dans d'autres galaxies a été notoirement détectée à l'aide d'ondes gravitationnelles.

Vous cherchez quelque chose de supermassif

Les cibles de l'EHT sont donc liées aux trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies. Le terme trou noir n'est en fait apparu qu'entre le milieu et la fin des années 1960, lorsque les astronomes ont commencé à soupçonner que des "étoiles noires" vraiment massives alimentaient les noyaux hautement actifs de certaines galaxies.

De nombreuses théories abondent sur la formation de ces trous noirs particulièrement massifs. Malgré le nom, les trous noirs sont des objets, plutôt que des trous dans le tissu de l'espace-temps.

En 1972, Robert Sanders et Thomas Lowinger ont calculé qu'une masse dense égale à environ un million de masses solaires réside au centre de notre galaxie.

En 1978, Wallace Sargent et ses collègues avaient déterminé qu'une masse dense cinq milliards de fois la masse de notre Soleil se trouve au centre de la galaxie voisine M87.

Mais ces masses, légèrement révisé depuis, aurait pu être simplement un essaim dense de planètes et d'étoiles mortes.

En 1995, l'existence de trous noirs a été confirmée par observation par Makoto Miyoshi et ses collègues. Par interférométrie radio, ils ont détecté une masse au centre de la galaxie M106, dans un volume si petit qu'il ne pouvait être, ou deviendrait bientôt, un trou noir.

Aujourd'hui, environ 130 de ces trous noirs supermassifs au centre des galaxies proches ont vu leurs masses mesurées directement à partir des vitesses orbitales et des distances des étoiles et du gaz encerclant les trous noirs, mais pas encore sur une spirale de la mort dans le compacteur gravitationnel central.

Malgré l'augmentation de l'échantillon, notre Voie lactée et M87 ont toujours les plus grands horizons d'événements vus de la Terre, c'est pourquoi l'équipe internationale a poursuivi ces deux objectifs.

La silhouette sombre du trou noir dans M87 est en effet une image scientifique étonnante. Alors que les trous noirs peuvent apparemment arrêter le temps, il faut reconnaître que le pouvoir prédictif de la science, lorsqu'il est associé à l'imagination humaine, ingéniosité, et détermination, est aussi une force remarquable de la nature.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.