Un rond noir sombre au milieu d'un délicat halo rouge orangé. Voilà ce que les scientifiques de la collaboration internationale baptisée Event Horizon Telescope (EHT) ont révélé au monde entier mercredi : la première photographie d'un trou noir. Derrière cette image - qui fait penser à donut ou encore à l’œil de Sauron dans la saga Le Seigneur des anneaux pour certains internautes -, se trouvent quatre millions de milliards d'octets de données à traiter, des mois de travail et une grande aventure scientifique. Retour sur les coulisses de la découverte de ce trou noir, débusqué à environ 50 millions d'années-lumière de la Terre.
Chapitre 1 - Une théorie à prouver
Ces phénomènes de trous noirs sont connus depuis la théorie de la relativité présentée par Albert Einstein en 1915. Selon celle-ci, la matière tord et courbe la géométrie de l'espace-temps et nous en faisons l'expérience à travers la gravité. Les trous noirs, dont Einstein prévoyait l'existence sans en avoir la certitude, "sont les extrémités suprêmes de l’espace-temps et pourraient représenter l’ultime limite de notre connaissance", a expliqué Heino Falcke, radioastronome à l’Université Radboud de Nimègue aux Pays-Bas, au magazine National Geographic en 2017.
Le trou noir est un champ gravitationnel - c'est-à-dire un champ de force qui attire la matière vers son centre - extrêmement intense qui a une masse ultra compacte, comme si la Terre était comprimée dans un dé à coudre. Ni la matière ni la lumière ne peuvent s'en échapper, quelle que soit la longueur d'onde. Revers de la médaille : ils sont invisibles. Pour contourner ce handicap de taille, les astronomes ont donc cherché à observer le monstre par contraste, sur la matière qui l'entoure.
Chapitre 2 - Une collaboration scientifique internationale
Pour identifier un trou noir, des scientifiques du monde entier ont dû mettre leurs outils d'observation en commun. Huit télescopes installés de la plus haute montagne d'Hawaï aux terres gelées du Pôle Sud en passant par le Chili ont constitué les petits fragments d'un miroir géant. Cela a permis aux astronomes de disposer, le temps de quelques observations, d'un télescope virtuel de la taille de la Terre, avec lequel "on pourrait lire, depuis New York, un journal ouvert à Paris", explique le chercheur français Frédéric Gueth, astronome du CNRS et directeur adjoint de l'Institut de radioastronomie millimétrique (IRAM), partenaire des recherches.
Excellent scientists need excellent infrastructures for excellent results
— Carlos Moedas (@Moedas) 10 avril 2019
EU R&I invested €30M over 15 years to develop @RadioNet_EU telescopes that let us see 1st ever image of a #RealBlackHole, proving Einstein’s #TheoryofRelativity@ehtelescope#InvestEUresearch#ercpic.twitter.com/EpqXmHYpJ4
Chapitre 3 - Cinq (petites) nuits d'observation
Après des années d'ajustement entre les différents outils et observatoires, les scientifiques se sont finalement accordés, avant de se retrouver à la merci d'un élément incontrôlable : la météo. Pour recueillir des données, les télescopes utilisent le procédé de l’interférométrie à très longue base (VLBI), ce qui permet d'observer des sources lointaines d'ondes radio. Or les nuages, la pluie ou la neige perturbent ce mode de communication.
Les chercheurs ont donc dû s'armer de patience pour activer ce réseau de super-télescopes pendant une fenêtre climatique favorable à tous les sites en même temps. Ils ont ainsi visé deux trous noirs du 5 au 14 avril 2017 : Sagittarius A* (aussi large que quatre millions de soleils), au centre de notre voie lactée, et son congénère de la galaxie M87 (un trou noir environ 1.500 fois plus lourd).
Chapitre 4 - Quatre millions de milliards d'octets de données à traiter
À l'issue de ces cinq nuits d'observation, la quantité de données récoltées était tellement importante qu'elle n'a pas pu être transmise par voie électronique. Les informations ont donc été enregistrées sur 1.024 disques durs, rapporte NationalGeographic, et envoyées au MIT Haystack, aux États-Unis, et à l'Institut Max-Planck de radioastronomie de Bonn, en Allemagne. Problème : les données d'un télescope se sont faites attendre. Les disques durs de l'observatoire du Pôle Sud ont mis huit mois à parvenir au centre de traitement à cause des conditions extrêmes de l'hiver austral.
Une fois toutes ces données finalement centralisées, les puissants serveurs ont dû comparer et fusionner les ondes radio pour les retranscrire en photo. "Pour plus de sécurité, le travail a été fait quatre fois, par quatre équipes différentes", précise l'astronome du CNRS Frédéric Gueth.
Chapitre 5 - La présentation en grande pompe de l'image finale
Après plusieurs mois de traitement, les ordinateurs se sont accordés sur une photo : un rond sombre sur un halo rouge, soit l'ombre du trou noir sur le disque de matière qui l'entoure. C'est finalement le trou noir de la galaxie M87 (appartenant à la galaxie Messier 87), pourtant bien plus loin que Sagittarius A*, qui s'est avéré être le plus photogénique. La jeune diplômée du MIT Katie Bouman a expliqué lors d'une conférence TED (en anglais) comment ses calculs ont participé à la capture de cette image :
Cette découverte a fait l'objet de six articles publiés mercredi dans la revue Astrophysical Journal Letters qui ont mobilisé 200 auteurs, issus de plus de 60 organismes scientifiques. L'image tant attendue a été finalement dévoilée lors de six conférences de presse conjointes à travers le monde, dont une de la Commission européenne. Une présentation en grande pompe qui n'a pas manqué de faire réagir les réseaux sociaux.