Pour la première fois, des astronomes ont réussi à capturer une image radio montrant deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre. L'observation a confirmé l'existence de paires de trous noirs. Dans le passé, les astronomes n’ont réussi à imager que des trous noirs individuels.
Une équipe internationale de chercheurs a réussi à imager deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre au centre d'un quasar appelé OJ287. Les quasars sont des noyaux galactiques extrêmement brillants, dont la lumière est produite lorsqu'un trou noir supermassif au centre de la galaxie dévore le gaz cosmique et la poussière qui l'entourent.
Dans le passé, les astronomes ont réussi à imager le trou noir au centre de la Voie lactée et dans une galaxie voisine appelée Messier 87.
« Le quasar OJ287 est si brillant qu'il peut être détecté même par des astronomes amateurs équipés de télescopes privés. La particularité d'OJ287 est qu'on pense qu'il abrite non pas un mais deux trous noirs tournant l'un autour de l'autre sur une orbite de 12 ans, ce qui produit un modèle facilement reconnaissable de variations de lumière au cours de la même période », explique le premier auteur de l'article de recherche, Mauri Valtonen, de l'Université de Turku, en Finlande. L'ouvrage est publié dans Le journal d'astrophysique.
Quasar découvert « par accident » au 19e siècle
Les premières observations d'OJ287 peuvent être retracées grâce à d'anciennes photographies jusqu'au 19ème siècle, lorsque la région du ciel en question a été photographiée pour la première fois par les astronomes. Mais à l’époque, il était inconcevable que des trous noirs puissent exister, encore moins des quasars. OJ287 a été « accidentellement » inclus dans les images alors que les astronomes se concentraient sur d'autres objets.
Aimo Sillanpää, qui était alors étudiant en maîtrise à l'Université de Turku, a remarqué dès 1982 que la luminosité de l'objet changeait régulièrement sur une période de 12 ans. Il a ensuite étudié OJ287 en tant que chercheur universitaire, supposant que la variation de luminosité était causée par deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre. Des centaines d'astronomes ont surveillé intensivement le quasar pour voir si la théorie est correcte et pour obtenir une image complète du mouvement orbital des trous noirs.
Le mystère de l'orbite a finalement été résolu il y a quatre ans par le doctorant Lankeswar Dey de Mumbai, en Inde, travaillant à temps partiel à l'Université de Turku. La seule question qui restait était de savoir si les deux trous noirs pouvaient être détectés en même temps.
Le satellite TESS de la NASA a répondu à cette question en détectant la lumière des deux trous noirs. Cependant, ils n’étaient toujours visibles que sous la forme d’un seul point, car les images utilisant une lumière normale n’ont pas une résolution suffisamment élevée pour montrer les trous noirs séparément. Il fallait une image avec une résolution 100 000 fois supérieure, ce qui est possible avec les radiotélescopes.
Les scientifiques ont identifié un nouveau jet à « queue remuante » provenant du plus petit trou noir
Dans cette dernière étude, les astronomes ont comparé les calculs théoriques antérieurs avec une image radio. Les deux trous noirs étaient là sur l’image, exactement là où ils étaient attendus. Cela a permis aux chercheurs de répondre à une question restée ouverte depuis 40 ans : l’existence de paires de trous noirs.
« Pour la première fois, nous avons réussi à obtenir une image de deux trous noirs tournant l'un autour de l'autre. Sur l'image, les trous noirs sont identifiés par les jets de particules intenses qu'ils émettent. Les trous noirs eux-mêmes sont parfaitement noirs, mais ils peuvent être détectés par ces jets de particules ou par le gaz incandescent entourant le trou », explique Valtonen.
Les chercheurs ont également identifié un tout nouveau type de jet émanant d’un trou noir. Le jet sortant du plus petit trou noir est tordu comme le jet d’un tuyau d’arrosage en rotation. En effet, le plus petit trou noir se déplace rapidement autour du trou noir principal d'OJ287 et son jet est détourné en fonction de son mouvement actuel.
Les chercheurs le comparent à « une queue qui remue » qui devrait se tordre dans différentes directions dans les années à venir lorsque le plus petit trou noir change de vitesse et de direction de mouvement.
« L'image des deux trous noirs a été capturée avec un système de radiotélescope comprenant le satellite RadioAstron. Il était opérationnel il y a dix ans, lorsque OJ287 a été photographié. L'antenne radio du satellite se dirigeait vers la moitié de la Lune, ce qui a grandement amélioré la résolution de l'image. Ces dernières années, nous n'avons pu utiliser que des télescopes terrestres, où la résolution de l'image n'est pas aussi bonne », explique Valtonen.
