Quand nous regardons les étoiles dans le calme
nocturne d'été, nous apercevons un bel
Univers paisible et ordonné que nous n’ avons pas
conscience qu'il est vivant, féroce et
parfois extrêmement violent.
Mais la science ne regarde pas
simplement ces objets célestes.
Elle les observe méticuleusement
et enregistre une richesse de données qui
doivent être traitées et interprétées
afin de révéler toutes les informations secrètes
qu’ elles pourraient contenir.
‘A cet effet les scientifiques
emploient d'énormes télescopes optiques, placés
stratégiquement sur des sommets de montagnes éloignées
sur notre planète.
Ces instruments collectent autant de lumière
que possible dans le but de pénétrer aussi
profondément que possible dans l’ univers.
Situés loin des zones urbaines,
ils évitent la pollution lumineuse des villes,
ce qui pourrait empêcher les observations astronomiques.
En outré, aux sommets des
montagnes où ils sont habituellement construits,
l'atmosphère est beaucoup plus transparente
et stable
Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont
réussi à envoyer dans l'espace de grands télescopes optiques
qui, sans l’ intervention
des couches de l'atmosphère,
sont capables de capturer même
la moindre lumière des plus
lointains objets astronomiques.
Mais la lumière que nous recevons de
l'univers, n'est pas seulement de la lumière optique
que nos yeux ainsi que et les télescopes optiques
peuvent détecter.
La lumière est émise par des objets astronomiques
à toutes les longueurs d'onde, alors les êtres humains
ont construit des télescopes capables de
détecter la lumière à toutes les fréquences.
Par exemple les ondes millimétriques et
radio sont observées avec des géants
télescopes paraboliques ou des réseaux d’
antennes terrestres.
Ces instruments peuvent observer le
ciel 24 heures sur 24, indépendamment
de conditions atmosphériques
Le plus sophistiqué de ce type de
Telescope, est ALMA qui est situé sur un
plateau de haute altitude dans le désert d’ Atakama de Chilie
Les rayonnements de haute énergie tels que
les rayons gamma,
les rayons X et Ultra Violets malheureusement
ne peuvent pas être observées de la surface terrestre.
Le seul moyen d'observer
l'univers à ces hautes énergies est
d’ utiliser des observatoires spéciaux dans
l’ espace. Ces observatoires et leurs
instruments, nous permettent d'étudier
des processus physiques précédemment inconnus.
Les rayons X et gamma nous permettent
d'observer les plus violents et
impressionnants phénomènes de l’Univers.
Ces observations ont
radicalement changé notre vision du cosmos
et ont révélé les plus terrifiants objets
Les étoiles ordinaires brillent pendant des dizaines de
millions à des milliards d'années selon
leurs masses.
Leur énergie vient du
fusion nucléaire intense des éléments chimiques legers,
comme l'hydrogène et l'hélium étant
convertis en plus lourds dans leur noyau.
Les étoiles les plus massives souffrent
des décès violents pendant
les explosions de supernova lorsqu'ils consomment leurs carburants
et leurs noyaux sont remplis d'éléments
qui ne peuvent plus être fusionnés, alors ils s'effondrent
et éclatent ensuite, d’ une façon très violente,
en expulsant leurs coques extérieures dans
l'espace. Après ces explosions, leurs noyaux
se rétrécissent sous leur propre gravité et
deviennent des objets les plus extrêmes et bizarres,
appelés des trous noirs stellaires.
Mais ce n'est pas toute l’ histoire.
Il y a des trous noirs beaucoup plus lourds appelés
super massifs. Leurs masses varient
de millions à milliards de la masse solaire.
Ils se trouvent dans le
centre des galaxies.
Leur modèle de formation est
plus mystérieux que celui des trous noirs stellaires.
De ces objets bizarres, rien ne peut s'échapper.
Même la lumière reste piégée, en les faisant
invisibles, donc le nom trous noirs.
Les trous noirs courbent fortement l'espace-temps
et grandissent avec le temps en attirant et
avalant tout ce qui entre dans
leur gravitation.
La matière en s'effondrant dans les trous noirs,
crée un disque d'accrétion autour
d’eux, alors qu'elle se meut en spirale vers l'intérieur.
Dans ce disque, la température et l'énergie cinétique
sont si élevées que les rayons gamma et X se créent.
En même temps des champs forts
gravitationnels et magnétiques créent
des jets qui se déplacent à une vitesse proche de
la vitesse de la lumière et interagissent
violemment avec la matière interstellaire
qui les entoure,en produisant toutes sortes
de fréquences de lumière.
Ces objets
étaient prédits depuis le
début du 20e siècle par plusieurs
scientifiques célèbres qui ont travaillé pendant des années
sur leurs propres theories.
Mais comment les trous noirs peuvent-ils être
observés et confirmés
par des observations? Bien qu'ils soient
invisibles par définition, puisqu’ils
ne peuvent pas émettre de lumière.
Les astronomes peuvent toujours déduire leur existence
de façons différentes et indirectes.
Les trous noirs sont invisibles, mais leur
gravité, leur disque d'accrétion et leurs
jets sont tous observables.
Donc les astronomes peuvent
déduire leur présence
en repérant les jets de matière
émanant de leur environnement ou en
observant leurs disques d'accrétion en
rayonnements durs tels que X et gamma
Une autre façon est d'observer les
orbites d'étoiles qui tournent autour d'un
objet invisible avec un fort champ
gravitationnel
ou d’ observer la courbe de la lumière
autour d'eux, comme par une lentille.
En 2019 un groupe de radiotélescopes
au monde entier a operé
ensemble formant un géant interféromètre.
Cette collaboration connue
comme Event Horizon télescope a obtenu
les toutes premières images de l'émission
autour d'un trou noir au centre d'une
galaxie nommée M87
Les images montraient un anneau prédit
en utilisant la théorie de la relativité générale.
La taille de l'anneau indique que
le trou noir a une masse de 6,5
milliards de fois celle du soleil.
Parfois deux cadavres stellaires tels que
les étoiles à neutrons, pourraient s'en approcher
étroitement les uns aux autres via
l’ attraction gravitationnelle et peuvent finir par fusionner.
Ces fusions déclenchent toujours
des explosions lumineuses accompagnées de
la libération de grandes quantités de rayons X et gamma.
En outre, elles produisent également des vagues
gravitationnelles détectables.
Moins fréquentes mais plus impressionnantes
sont les fusions de deux trous noirs.
La fusion des trous noirs est un des
phénomènes les plus violents de l’
univers et produit de grandes quantités d’
énergie sous forme de vagues gravitationnelles.
Ces ondulations cosmiques voyagent à la
vitesse de la lumière emportant avec elles
des informations sur leur origine ainsi
que d’ indices sur la nature de la gravité.
Récemment, des scientifiques ont réussi à
développer des observatoires spéciaux pour
enregistrer ces ondulations au fur et à mesure de leur passage
à travers notre planète.
LIGO, Laser Inteferometer Gravitational
Wave Observatory dans les USA
et l'antenne VIRGO hébergée à
l’Observatoire gravitationnel européen
à Pise, en Italie emploient de très sensibles
lasers interféromètres pour les détecter.
La première observation directe
des ondes gravitationnelles a été émise le 14
Septembre 2015 et a été annoncée par
la collaboration de LIGO et VIRGO le
11 Février 2016.
Depuis cette observation,
des ondes gravitationnelles ont été détectées
en plusieurs occasions.
Dans le proche avenir une géante antenne
spatiale interféromètre laser
sera capable de détecter
des ondes gravitationnelles provenant de l'interaction
de trous noirs super massifs.
Au centre de notre galaxie se trouve un trou
noir massif dormant.
Des études du mouvement des étoiles
en orbite rapprochée, ont révélé que
la masse du trou noir est environ quatre
millions de fois la masse de notre soleil.
Les observations ont montré qu'ils existent
deux grands lobes de rayons gamma qui se dilatent
jusqu'à 25 000 années-lumière du
centre de notre galaxie.
Ces lobes sont éjectés par des violents
phénomènes au centre de notre galaxie.
Les galaxies qui émettent d'énormes quantités
d’ énergie de leurs noyaux sont connues sous les noms
galaxies actives, galaxies radio,
quasars et blazars.
Ces galaxies ont un super massif
trou noir en leur centre avec de masse
de millions voire quelques milliards de fois
la masse de notre soleil qui accumulent
d'énormes quantités de matière.
De longs jets à grande vitesse émanent de
leurs centres et s'étendent très loin
dans l’ espace intergalactique.
La plupart de ces galaxies actives se trouvent
à des milliards d'années-lumière de nous.
Donc leur activité s'est produite
avant des milliards d'années.
Les galaxies proches de nous sont pratiquement
inactives bien qu'il y ait des
preuves que presque toutes les galaxies
contiennent un trou noir massif dans leur centre.
On dirait que certains trous noirs super massifs
se sont formés très tôt, quelques
centaines millions d'années après le Big Bang.
Ils ont augmenté leurs masses en
capturant la matière de leur environnement,
jusqu'à ce que l'espace autour d'eux soit nettoyé par
le rayonnement émis par leur disque d’accumulation
Ils sont et continueront d’être
dormants avec seulement des épisodes sporadiques de rajeunissement,
quand certains nuages de gaz
ou des étoiles tombent dans leur
gravitation.
Mais comment ces objets extrêmes se sont formés
et comment ont-ils réussi à devenir énormes ?
Les premières étoiles qui se sont formées peu de temps
après le Big Bang, elles étaient beaucoup plus grandes et
en mourant violemment, elles ont formé
des trous noirs stellaires plus gros que ceux
qui se sont formés postérieusement.
Ils ont grandi en avalant le riche
matériel qui les entourait
Ce scénario semble plausible mais des études récentes
ont montré qu'il n'y avait pas
assez de temps pour qu'ils grandissent aussi trop,
puisque nous avons observé des galaxies actives
avec des trous noirs super massifs existants
quand l'univers était très jeune.
Ainsi les scientifiques supposent qu'ils pourraient
être formés directement par l'effondrement
d'énormes nuages gazeux, ou si la vitesse à laquelle
ils accumulaient de la matière était énorme ou s’ils fusionnaient
ensemble dans ces premiers stades,
en augmentant très vite leur taille.
On est censé que les trous noirs super massifs
ont joué un rôle important dans
l'évolution des galaxies, en libérant
d'énormes quantités d'énergie qui pouvaient arrêter la
naissance de nouvelles étoiles.
Mais des preuves claires à l'appui
de cette théorie importante, sont toujours à défaut.
Nous avons besoin de plus de puissance cérébrale pour
résolver l'énigme de la formation et
l’évolution des trous noirs super massifs.
Pour étudier la richesse de nouvelles
données d'observation arrivant
de nouvelles missions spatiales, Bid4Best
une initiative avec une forte adhésion européenne,
a recruté une équipe de
jeunes chercheurs talentueux
de tout le monde dans le but de
produire une science transnationale sur la
formation de trous noirs super massifs
dans les galaxies.
Les efforts de tous ces scientifiques
illuminent l'obscurité
de ces objets astronomiques si exotiques et
mystérieux et dans l'avenir,
nous pourrions décoder les trous noirs
et apprendre plus d’ eux et de
l'univers dans lequel nous vivons.