James Webb, un télescope pour observer les trous noirs

octobre 28, 2021

Le télescope spatial James Webb de la NASA va bientôt s’ajouter à la dizaine de télescopes présents sur terre et dans l’espace que les astronomes coordonnent pour observer de manière résolue un trou noir supermassif au cœur de notre galaxie, la voie Lactée.

Le gaz chauffé qui tourbillonne autour de la région d’un trou noir supermassif de la Voie lactée, vu grâce au télescope Hubble. Crédits: NASA, ESA, NASA, ESA, STScI, Q. Daniel Wang (UMass)

Le télescope spatial James Webb de la NASA (du nom du second administrateur) [1] va bientôt rejoindre le réseau de radiotélescopes terrestres, le Event Horizon Télescope (EHT) [2], situés dans plusieurs régions du globe, pour fournir une première image de la zone qui entoure un trou noir supermassif au centre de la voie lactée. La cible étant Sagittaire A* (l’astérisque est prononcée « étoile ») ou Sgr A* [3],[4], qui présente des éruptions scintillantes toutes les heures, dont la nature est inconnue et rend l’imagerie beaucoup plus difficile comparée à celle effectuée sur un autre trou noir au cœur de la galaxie en 2017, M87 [5]. Beaucoup d’espoir repose sur le télescope Webb, doté d’une puissance d’imagerie infrarouge qui permettrait de résoudre certains défis de Sgr A* dont les éruptions scintillantes qui modifient les propriétés de la lumière mesurée.

Un trou noir n’émet pas de lumière et ne peut donc pas être détecté par un télescope. Selon les lois de la relativité générale, les trous noirs sont les régions les plus denses et les plus compactes existant dans l’univers. Le champ gravitationnel d’un trou noir est si fort qu’il déforme l’espace autour de lui, et tout matériau qui s’en rapproche trop y est lié pour toujours, ainsi que toute lumière émise par le matériau [6],[7].

La lumière détectée par les télescopes ne provient donc pas du trou noir lui-même, mais de la zone qui l’entoure. Les chercheurs se basent alors sur la capture du gaz chaud et de la poussière incandescente qui entourent le trou noir. Ceci se présente sous la forme d’un énorme vortex qui émet un spectre de lumière dans l’infrarouge. Ces éruptions scintillantes sont dynamiques et rendent la capture d’une image nette relativement complexe [8].

Les éruptions sont dues à l’accélération temporaire et intense des particules autour du trou noir à des hautes énergies avec des émissions de lumière à des longueurs d’onde spécifiques. Un avantage majeur de l’observation de Sgr A* avec Webb, est la capacité de capturer des données dans deux longueurs d’onde infrarouges simultanément et en continu. Le télescope spatial James Webb de la NASA, dont le lancement est prévu en décembre 2021, va associer une excellente résolution à une capacité de détection infrarouge encore plus grande. Les observations de Webb sur les éruptions dans la région autour d’un trou noir supermassif, qui n’ont été observées autour d’aucun autre auparavant, seront particulièrement intéressantes pour l’équipe EHT qui pourra fournir une image plus nette.

La façon dont les éruptions de Sgr A* se produisent et se dissipent pourraient avoir des implications de grande envergure pour l’étude future des trous noirs, ainsi que sur la physique des plasmas et la compréhension des éruptions du Soleil. Les connaissances acquises grâce à l’étude de Sgr A* seront ensuite appliquées à d’autres trous noirs, pour mieux comprendre leur nature [8].

Le télescope Webb, qui est un programme international mené par la NASA avec l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale canadienne, servira de premier observatoire spatial pour les prochaines décennies, de l’intérieur du système solaire aux corps astronomiques les plus lointains et les plus primitifs. Le télescope pourra révéler de nouvelles découvertes et aider les scientifiques à comprendre davantage les origines de l’univers[1].

Références: