Les trous noirs au centre des galaxies

Sagittarius A*, au centre de la Voie lactée, possède une masse d'environ 4 millions de fois celle du Soleil.

Une masse sombre au centre

Selon la NASA, la plupart des grandes galaxies abritent en leur centre des trous noirs supermassifs, dont certains pèsent des milliards de fois la masse du Soleil. Un trou noir est une région où la matière est si concentrée que rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper de l'intérieur d'une limite appelée horizon des événements. Le rayon de cette limite augmente proportionnellement à la masse. Pour une masse solaire, il vaut environ 3 km. Pour Sagittarius A* (prononcé « Sagittarius A étoile »), le trou noir central de la Voie lactée d'environ 4 millions de masses solaires, on obtient environ 12 millions de km : quelque 17 rayons solaires, et bien à l'intérieur de l'orbite de Mercure.

Comment peser quelque chose qui n'émet aucune lumière ? En observant ce qui tourne autour. Pendant des décennies, deux équipes, en Allemagne et aux États-Unis, ont suivi individuellement les étoiles qui orbitent très près du centre galactique, grâce à l'infrarouge qui traverse la poussière. L'une d'elles, S2, fait le tour du centre en environ 16 ans. Les lois de Kepler appliquées à ces orbites donnent la masse qu'elles entourent : environ 4 millions de Soleils dans une région trop petite pour être autre chose qu'un trou noir. Ces travaux ont été récompensés par le prix Nobel de physique 2020.

Photographier des ombres

Les trous noirs eux-mêmes sont sombres, mais le gaz chaud qui tourbillonne autour brille. L'Event Horizon Telescope relie des radiotélescopes du monde entier pour former un télescope virtuel de la taille de la Terre. En 2019, il a publié la première image de la silhouette d'un trou noir : celui au centre de la galaxie elliptique géante M87, à environ 53 millions d'années-lumière selon le JPL. En 2022, il a publié une image de Sagittarius A*, situé d'après le JPL à plus de 26 000 années-lumière et doté de la masse de 4 millions de Soleils. Les deux images montrent un centre sombre entouré d'un anneau lumineux. L'image de Sagittarius A* ne couvre qu'environ 50 microsecondes d'arc, ce que le JPL compare à environ 1/13 de milliardième du ciel entier.

Calmes ou actives

Sagittarius A* est calme aujourd'hui : peu de gaz y tombe, il brille donc peu. La NASA indique que la Voie lactée n'est pas actuellement une galaxie active, même si elle a probablement connu un épisode d'activité au cours des derniers millions d'années. Dans les galaxies actives, le trou noir central avale beaucoup de gaz. Celui-ci chauffe dans un disque et peut briller davantage que toutes les étoiles de la galaxie. Les plus lumineuses sont les quasars. Selon la NASA, plus d'un million de quasars ont été identifiés ; le plus proche, Markarian 231, est à environ 600 millions d'années-lumière, et le plus lointain connu à environ 13 milliards. Comme la lumière met du temps à nous parvenir, les quasars lointains montrent des trous noirs tels qu'ils étaient il y a des milliards d'années.