Sagittarius A* : Le Trou Noir de nôtre Galaxie |
Le Dernier Réveil de notre Trou Noir Galactique |
A.D. - SCIENCE & VIE N°1272 > Septembre > 2023 |
Les Ondes Radio révèlent le Cœur de la Voie Lactée |
B.R. - SCIENCE & VIE N°1213 > Octobre > 2018 |
Voici le Trou Noir de la Voie lactée |
NATIONAL GEOGRAPHIC N°174 > Mars > 2014 |
Le Centre de la Voie Lactée |
CIEL & ESPACE N°516 > Mai > 2013 |
Les Trous Noirs sortent de l'Ombre |
Quelques aspects de la formation des trous noirs.
Un quasar (du terme anglais quasi stellar object, "objet quasi stellaire") est la manifestation lumineuse d'un trou noir supermassif. Il est dû à la matière accumulée autour du trou noir et qui rayonne intensément en rayons X. Les quasars sont la seconde source de lumière de l'Univers, après les étoiles.
Sagittarius A* est une source intense de rayonnements radio située au centre de la Voie lactée, dans la constellation du Sagittaire. Le mouvement des étoiles autour de Sgr A* révéla, à la fin des années 1990, qu'il s'agissait d'un tnou noir supermassif.
Univers jeune : Plus on regarde loin dans l'Univers, plus on voit celui-ci jeune. La raison : la lumière ne voyage pas de façon instantanée, mais à une vitesse de 300.000 km/s. Donc, quand on regarde aux confins du cosmos, on voit l'Univers tel qu'il était quand la lumière observée a été émise, et non tel qu'il est à présent.
Lorsque deux galaxies entrent en collision, leurs trous noirs respectifs fusionnent.
C'est ce qui est en train de se produire pour la paire de galaxies NGC 3393 (à g. <-), observée ici par le satellite Chandra.
Voilà ce que nous verrions à l'approche d'un trou noir : une zone sombre (à d. ->) d'où ne s'échappe aucun rayonnement, encerclée de matière déformée à l'extrême par la puissante gravité de l'astre ultradense.
CIEL & ESPACE N°502 > Mars > 2012 |
Le Trou Noir Géant de notre Galaxie mesuré et pesé |
Observatoire de Cerro Paranal, Chili, le 10 décembre 2008. Cette fois, c'est sûr : il y a un trou noir géant au centre de la Voie lactée ! Image du centre galactique saisie par le VLT dans l'infrarouge.
Soupçonné et traqué par les astronomes depuis une vingtaine d'années, cet abîme singulier de l'espace et du temps, où chute sans espoir de retour toute la matière et l'énergie qui passe à sa portée, a révélé sa présence à une équipe allemande du Max Planck Institut de Munich. Ces chercheurs observent depuis 16 ans le centre galactique autour duquel tournent les centaines de milliards de soleils de la Voie lactée. Invisible, car caché derrière un impénétrable rideau de nébuleuses, le centre galactique est observable à l'aide de télescopes équipés de caméras infrarouges. L'équipe allemande dirigée par Reinhard Genzel à utiliser les télescopes de l'observatoire européen austral (ESO) de La Silla et Cerro Paranal pour observer cette minuscule région centrale. Les astronomes ont suivi la course folle d'une trentaine d'étoiles géantes autour de ce centre d'attraction invisible. L'une d'elles, S2, amène entièrement couvert son orbite durant la période d'observation des chercheurs. Les étoiles les plus rapides tournent autour du point central après de 10.000 km/s, une vitesse à comparer avec celle du soleil : 230 km/s ! La loi de la gravitation étant universelle, les chercheurs ont calculé très précisément, grâce aux orbites de ces étoiles, que la masse centrale, totalement obscures, atteint 4 millions de masses solaires et est confinée dans le volume d'une étoile supergéante. Une telle densité de matière ne peut que donner lieu à un trou noir géant ! L'équipe a aussi pu déterminer exactement la distance du Soleil trou noir central : 27.000 années-lumière, à quelques centaines de milliards de kilomètres près...
S.B. - SCIENCE & VIE > Février > 2009 |
La Voie Lactée se Dévore elle-même |
On soupçonnait sa présence depuis près de 30 ans, c'est désormais une certitude : un trou noir massif campe bel et bien au cœur de notre galaxie, avalant tout ce qui s'approche. Et Sagittarius A* - c'est son nom - n'est pas seul ! Ils seraient des milliers, plus petits que lui mais tout aussi gloutons, à ronger ainsi la Voie lactée de l'intérieur.
En plein cœur de notre galaxie, il trône en maître. Autour de lui s'enroulent d'immenses volutes de gaz, s'organisent les bras spiraux, tournent plusieurs centaines de milliers d'étoiles... Et sa puissance est d'autant plus menaçante qu'il est invisible. Il ? C'est le trou noir central de la Voie lactée. L'obscur seigneur de notre galaxie. Car de lui, on n'a aucune image : seule la matière qui brille en spiralant vers ce gouffre sans fin trahit sa sombre et inquiétante présence. Aucun instrument scientifique ne s'y est jamais aventuré, et pour cause : il se trouve à 26.000 années-lumière de la Terre !
Si l'étude des trous noirs est récente, l'idée, elle, n'est pas nouvelle : au XVIIe siècle déjà, les calculs prévoyaient l'existence d'astres invisibles, qu'Einstein a ensuite rendu possible avec la relativité générale. Grâce aux progrès de la théorie et des observations, leur existence est devenue de plus en plus plausible et, en 1968, John Wheeler les dénomme "trous noirs". Depuis, ils sont devenus de vrais sujets d'observation, des stars galactiques, même si nul ne pourra jamais les voir...
DES PREUVES IRRÉFUTABLES : Pourtant, l'existence de ce "cannibale à étoiles" n'a aujourd'hui plus rien d'imaginaire. Sagittarius A, ou SgrA comme les astronomes l'ont surnommé - parce qu'il se situe dans la direction de la constellation du Sagittaire - fait désormais officiellement partie du paysage galactique. Certes, les astrophysiciens supposaient sa présence depuis longtemps d'après les bouffées d'émissions d'ondes radio provenant de cette région, signes de phénomènes physiques ultraviolents. Mais ces observations ne permettaient de déduire ni la valeur de la masse, ni celle de la taille de l'astre central responsable de cette violence, paramètres indispensables pour connaître sa vraie nature. Or, depuis trois ans, la quantité d'indices a tellement augmenté que le doute n'est plus permis. En 2002, les observations menées dans la gamme des rayons X grâce au satellite américain Chandra ont permis aux scientifiques de faire un pas de géant dans la direction du trou noir... Le satellite a en effet observé des jets de matière ultrarapides, proches de la vitesse de la lumière, chauffés à plusieurs dizaines de millions de degrés, à près de 200 UA autour du centre de la galaxie, preuve de l'action d'un champ de gravité extrêmement puissant sur la matière alentour. Un champ de gravité dont la source était parfaitement localisée...
Puis, en mai 2003, c'est au tour de Yepun, l'un des quatre télescopes géants du VLT (Very Large Telescope) situé a La Silla au Chili, équipé de l'instrument NACO (une caméra infrarouge) et d'un système d'optique adaptative capable de supprimer les turbulences atmosphériques, d'apporter sa moisson de preuves après avoir détecté des flashes infrarouges très puissants provenant du centre galactique. Daniel Rouan, astronome à l'Observatoire de Paris, dirigeait l'équipe qui a obtenu ces résultats. Et pour lui, aucun doute : "L'analyse des données a révélé que l'émission infrarouge venait d'une source extrêmement proche du corps central, de l'ordre du rayon du système solaire. Et son intensité variait très rapidement, sur des échelles de temps de l'ordre de quelques minutes. Cela prouve que les signaux devaient venir d'une zone se situant juste à la frontière extérieure délimitant le trou noir, ce que nous appelons l'horizon". Pour la première fois, les astrophysiciens tenaient enfin des informations sur ce qui arrive juste à l'extérieur du trou noir ! Mais le, plus étonnant, c'est que ces signaux étaient cycliques, avec une périodicité apparente de dix sept minutes. "Si cette periodicité est due au mouvement du gaz en orbite autour du trou noir, explique Daniel Rouan, cela signifie que le trou noir lui même est en rotation rapide". Une éventualité théorique que les scientifiques n'avaient encore jamais pu observer. "En mesurant précisément la façon dont tourne la matière alentour, nous espérons prochainement détecter les mouvements de spin du trou noir, l'un des paramètres caractérisant ces cannibales galactiques - avec leur charge électrique et leur masse - et qui correspond en quelque sorte à la façon dont ils tournent.
IL AVALE CHAQUE JOUR 10 JUPITER : Et ce n'est pas tout. Au cours de l'année 2004, d'autres observations, avec le VLT, mais aussi avec les deux télescopes géants américain Keck, installés à Hawaï, sont venues compléter le tableau. Combinées aux observations menées les années précédentes, elles ont permis cette fois de déterminer avec une très grande précision la valeur de la masse de l'astre central : environ 3,7 millions de fois celle du Soleil ! Tout cela, dans un volume au moins 50 fois plus petit que le système solaire lui-même ! Avec de telles caractéristiques, le doute n'était alors plus permis : l'objet en question ne pouvait être qu'un trou noir. Une certitude qui, au passage, enterre tous les scénarios alternatifs et "exotiques" proposés pour expliquer les phénomènes observés, comme celui des "boules de fermions. Mieux, on sait aujourd'hui que ce trou noir est un ogre, qui, sans être démesurément affamé - il est plutôt calme comparé à d'autres trous noirs supermassifs situés dans d'autres galaxies - avale tout de même la bagatelle d'un centième de masse solaire par jour, soit près de 10 planètes Jupiter !
Voilà donc ce qui, à petit feu, dévore le centre de la Voie lactée ! Mais comme si cela ne suffisait pas, Sagittarius A n'est pas le seul à ronger notre galaxie de l'intérieur, à engloutir étoiles, gaz, poussières et peut-être planètes ! Car tout récemment, en octobre 2004, Jean-Pierre Maillard, lui aussi astrophysicien à l'institut d'astrophysique de Paris, a montré, en étudiant le mouvement d'étoiles alentour, qu'il existait un second trou noir, beaucoup plus petit et léger (environ 1300 fois la masse du Soleil tout de même), en orbite à moins d'une année-lumière autour de SgrA*. L'ogre galactique aurait donc un compagnon, baptisé du doux nom de IRS13E ! "Si nos résultats se confirment, ce serait le premier d'une nouvelle classe de trous noirs appelés 'trous noirs intermédiaires', précise le chercheur. Il tournerait autour de Sagittarius A* à la vitesse de 300 km par seconde, et devrait finir, dans quelques milliers d'années, par être lui aussi totalement absorbé par son lourd compagnon. "Car les trous noirs ne font pas exception à la règle : eux-aussi peuvent être victimes de cannibalisme ! C'est du moins ce que pensent les scientifiques, qui espèrent bien, d'ici à quelques années, détecter les signes directs de ces fusions extrêmes : des ondes gravitationnelles, traces de la déformation de l'espace-temps générée par ces rencontres titanesques.
DES TROUS NOIRS PAR MILLIERS : À terme, IRS13E est si proche de SgrA qu'il devrait fusionner avec lui. La Voie lactée est donc bel et bien en train de se ronger le cœur. Et cet "autocannibalisme" n'est pas limité à cette région ! De fait, des milliers d'autres trous noirs, beaucoup plus petits, appelés "trous noirs stellaires", peupleraient le reste de la Voie lactée : "Il s'agit de résidus d'étoiles massives ayant explosé et dont le cour s'est effondré sur lui-même, explique Daniel Rouan. Ils peuvent ainsi constituer des trous noirs allant jusqu'à quelques dizaines de masses solaires, à condition que leur masse soit comprise dans un espace assez petit." Pour donner un ordre d'idée : une sphère d'environ 3 km de rayon et contenant une masse équivalente à celle du Soleil constituerait un trou noir.
Un peu, donc, comme si notre galaxie se rongeait partout de l'intérieur. Mais qu'on se rassure, ni le trou noir central, ni ses éventuels petits compagnons dispersés dans la Voie lactée ne sont prêts à engloutir le système solaire, et donc notre petite planète. Ce dont nous sommes sûrs, reprend Jean-Pierre Maillard, c'est qu'à 26.000 années-lumière du centre de la galaxie, nous sommes assez loin du trou noir central pour ne pas être dévorés, car son attraction ne se fait pas suffisamment ressentir à de telles distances ! Le plus probable, c'est que d'ici à quelques milliards d'années, la collision qui, peu à peu, va avoir lieu entre la Voie lactée et notre voisine, Andromède, détruise la forme et la structure des deux galaxies. Une nouvelle galaxie, plus grosse, avec des trous noirs encore plus massifs verra alors peut-être le jour. En matière de cannibalisme galactique, la loi du plus fort est bien toujours la meilleure...
| Année-lumière (al) : une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en une année. 1 al = 9,5 x 1012 km ou 63 241 UA. |
| UA : unité astronomique égale à la distance moyenne qui sépare la Terre du Soleil, soit 150 millions de km. |
| Boules de fermions : pour classer les particules, les physiciens utilisent des nombres quantiques. Les fermions sont des particules qui ont un spin demi-entier : elles obéissent ainsi à des lois statistiques particulières. Pour expliquer les propriétés physiques de certains astres, ils ont imaginé des astres composés uniquement de fermions. |
Jean-Pierre Luminet (Astrophysicien à l'observatoire de Meudon) : "L'étude des trous noirs pourrait permettre d'unifier toute la physique." Le trou noir au centre de la Voie lactée est une vieille histoire... Certes les données se sont accumulées ces dernières années, mais l'hypothèse a plus de 25 ans, et de nombreux chercheurs ont déja donné des estimations de la masse et du rayon de ce trou noir. Les résultats récents ne font que confirmer et préciser cette hypothèse. Reste que l'étude approfondie de l'ensemble des trous noirs fait progresser la connaissance vers le "Graal" des théoriciens : "la grande unification" de la physique, dont l'objectif est de réunir la gravitation aux trois autres interactions fondamentales de l'Univers : l'électromagnétisme, l'interaction faible et l'interaction forte. Une des pistes envisagées est la "théorie des cordes", qui impose que notre espace possède non pas quatre, mais onze dimensions. Si c'est le cas, alors les physiciens pourront tenter de créer, pendant quelques milliardièmes de secondes, dans le grand accélérateur de particules qui entrera en service au Cern en 2007, des corps de la taille d'un atome et dont la masse sera, en proportion, astronomique. Des "microtrous noirs" de laboratoire en somme... |
L.O. - SCIENCE & VIE > Février > 2005 |
On a Pesé le Cœur de la Galaxie |
Observation après observation, les astronomes étaient de plus en plus convaincus qu'au centre de notre galaxie se trouvait un trou noir supermassif.
L'hypothèse vient d'être confirmée par une équipe de chercheurs qui, autour de la physicienne Andrea Ghez (de l'université de Californie à Los Angeles), vient de mesurer la taille et la masse de ce trou noir appelé Sagittarius A*. Grâce aux observations menées à l'aide du télescope de Keck, les chercheurs ont montré dans Nature (n°407) que le monstre pèse 2,6 millions de fois la masse du Soleil, alors que son diamètre mesure "seulement" 220.000 fois celui de notre étoile. Comme il est impossible de voir directement un trou noir, les astronomes ont effectué ces calculs à partir du mouvement de six étoiles gravitant à proximité de Sagittarius A* à la vitesse de 1400 km/s !
"Si des galaxies aussi calmes que la nôtre comportent un trou noir en leur centre, alors on peut raisonnablement penser que c'est le cas de toutes les galaxies", affirme Andrea Ghez.
M. C. - SCIENCE & VIE > Janvier > 2001 |