À la lumière des trous noirs

Leslie Berdelou Publié le - Mis à jour le

Planète

Les trous noirs fascinent tant les amateurs de science-fiction que les scientifiques. Leur notoriété auprès du grand public n’est plus à démontrer, contrairement à leur mécanisme encore mal maîtrisé.

Mystérieux et quelque peu effrayants pour les uns, ils se révèlent attrayants pour les autres. Ces monstres du bestiaire astronomique recèlent en effet des informations que les astrophysiciens rêvent de déchiffrer à l’aide d’instruments très performants. En juin dernier, la Nasa a d’ailleurs lancé le satellite Nustar (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) conçu pour observer quelques-uns des phénomènes les plus violents de l’espace.

Les trous noirs ne sont pas tendres avec les étoiles, planètes, nuages et tout autre objet ayant le malheur de s’en approcher. Leur masse gravitationnelle est telle que la lumière elle-même ne peut s’en échapper. Les plus gros, les trous noirs supermassifs, trônent au centre des galaxies tandis que les trous noirs stellaires, plus modestes, naissent de l’effondrement d’étoiles bien plus massives que notre Soleil. Sur le papier, il en existerait deux autres types : les trous noirs intermédiaires, chaînons manquants entre les deux premiers cités, et les trous noirs primordiaux, dont l’origine remonterait au Big Bang.

David Elbaz, astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique (CEA), se dit particulièrement intéressé par les trous noirs supermassifs et il n’est pas le seul dans la communauté scientifique. Ces géants ont un petit quelque chose qui fait toute la différence.

"Aujourd’hui, tout porte à croire que la majorité des galaxies possèdent en leur centre un trou noir supermassif, comme le noyau au cœur d’une cerise", assure-t-il. Et la Voie Lactée n’y échapperait pas. "L’étude du mouvement d’étoiles autour du centre de notre galaxie sur plusieurs années consécutives a permis de voir qu’elles tournaient autour d’un point invisible, comme si une masse de 3,6 millions de fois celle du Soleil se trouvait là. C’est la meilleure preuve de l’existence d’un trou noir", s’enthousiasme le scientifique.

Selon lui, pour comprendre la naissance de notre galaxie, il faudra d’abord comprendre celle de l’ogre qui loge en son centre. "Ce noyau dur des galaxies a une masse égale à un millième de celle des étoiles. Cela implique qu’il devrait exister un lien mystérieux reliant la naissance des étoiles et des trous noirs et donc que ces derniers ne se trouvent pas là par hasard mais ont dû jouer un rôle majeur dans l’histoire des galaxies. A l’heure actuelle, personne n’a réussi à expliquer ce lien de manière satisfaisante, même si de nombreuses tentatives ont été proposées", constate David Elbaz.

Ne rayonnant pas de lumière, un trou noir est, par définition, invisible. Les astrophysiciens parviennent donc à les détecter en observant leur influence sur leur environnement immédiat. La matière qui tombe dans un trou noir se dirige vers son centre dans un mouvement en spirale et libère de l’énergie sous forme de rayons x. Et c’est ce rayonnement que les satellites de l’Agence spatiale européenne, XMM-Newton et de la NASA, Chandra, traquent depuis plus d’une dizaine d’années.

"On parvient à déceler la présence d’un grand nombre de trous noirs, mais on sait qu’au moins autant de noyaux actifs sont encore indétectables par ces instruments", regrette le scientifique. La matière stellaire dense entourant les trous noirs absorbe en effet une grande partie des rayons X. Dans certains cas, "il faut donc pouvoir mesurer leur rayonnement à de plus hautes énergies, au-delà de la limite de ces deux télescopes. C’est ce qui va devenir possible grâce au satellite de la Nasa Nustar", poursuit-il.

Le nouvel appareil de l’agence américaine, lancé le 13 juin dernier, a "la capacité de voir à travers les murs derrière lesquels se cachent les trous noirs supermassifs en phase active d’accrétion de leur matière environnante. Sa sensibilité ne lui permettra sans doute pas de tous les détecter, mais il existe des techniques d’analyse d’image qui permettent d’obtenir un signal sur des échantillons de plusieurs galaxies combinées, par l’empilement de leurs images en une seule image synthétique."

Durant les deux premières années de la mission, les chercheurs cartographieront de nombreuses régions du ciel dans le but de recenser des étoiles effondrées et des trous noirs de toutes les gammes de masse peuplant la Voie Lactée mais aussi l’Univers plus lointain.

En phase de développement depuis sa mise en orbite réussie, Nustar devrait faire ses premières observations dans les jours à venir.

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