La Nasa annonce perfectionner ses simulations informatiques de trous noirs. Le but est clair : poser les bases de la recherche de ces mystérieuses singularités et préparer le terrain pour de futures missions d’étude.

Les étrangetés que représentent les trous noirstrous noirs sont destinées à rester des énigmes. Mais l'astrophysicienastrophysicien Scott Noble du Goddard Space Flight Center (GSFC) a élaboré une simulation informatique pouvant permettre de mieux comprendre ces monstres cosmiques. Dans un communiqué daté du 26 mai, la NasaNasa a annoncé qu'une reproduction d'un double trou noir par les équipes de Noble pourrait poser les bases de la recherche de ces systèmes binairessystèmes binaires

Simulation de deux trous noirs sur le point de fusionner. © Nasa, Goddard Space Flight Center

Détecter les trous noirs : mission (presque) impossible ?

Les trous noirs s'avèrent être des objets cosmiques extrêmement difficiles à détecter et plus encore à observer tant leur luminositéluminosité est ténue. Selon le docteur Noble : « Tout n'émet pas de lumièrelumière dans l'UniversUnivers. Le meilleur moyen actuel de trouver un double trou noir reste encore la perception d'ondes gravitationnellesondes gravitationnelles ». Un obstacle se heurte cependant à cette assertion. La détection d'ondes gravitationnelles reste un évènement sporadique. Elle se produit lorsque deux trous noirs ayant un même centre de rotation finissent par fusionner, le plus souvent en un trou noir supermassif. Le choc de cet évènement va alors provoquer une distorsion de l’espace-temps, perçue de manière infinitésimale sur Terre.

Photographie du trou noir supermassif M87*, au centre de la galaxie M87. © EHT
Photographie du trou noir supermassif M87*, au centre de la galaxie M87. © EHT

La première détection directe remonte au 11 février 2016, par les équipes conjointes de la Nasa et du CNRS, Ligo et Virgo. Parallèlement, une observation directe des trous noirs est une tâche presque impossible. Le cliché de M87*, dévoilé en 2019, avait demandé plusieurs observations lors de l'année 2017 grâce au réseau de l'Event Horizon Telescope. S'ensuivirent plusieurs mois de traitements et d'empilements d'images pour obtenir le résultat aujourd'hui connu.

Simuler pour comprendre

Pour pallier ces difficultés, reste donc la solution de la simulation. Les connaissances acquises au cours des décennies sur ces géants invisibles ont permis la création d'une imagerie reproduisant la dynamique de deux trois noirs orbitant l'un autour de l'autre. « Nous n'observerons sûrement jamais ce type de phénomène avec un télescopetélescope, à moins que nous en simulions tellement que l'on ne saurait directement où et quoi regarder », ajoute l'astrophysicien Jeremy Schnittman. L'imagerie créée par Scott Noble et ses collègues se base sur des calculs quasi insolubles à la main et permet de simuler les interactions physiquesphysiques se déroulant autour de l'horizon des évènements, sans avoir à le représenter. À ce jour, cette méthode a permis de déterminer que les gazgaz orbitant autour de la singularité surbrillaient en ultravioletultraviolet et en rayons Xrayons X.

Représentation du Lisa Pathfinder, sonde-test de la mission LISA. © ESA
Représentation du Lisa Pathfinder, sonde-test de la mission LISA. © ESA

Les chercheurs du Goddard Space Flight Center souhaitent aussi paver la voie pour la future mission Lisa, prévue pour 2034. Le Laser Interferometer Space Antenna, dirigé par l'ESA en collaboration avec la Nasa, sera chargé de détecter les ondes gravitationnelles depuis l'orbite basse. Les astrophysiciens américains espèrent prendre de l'avance sur la sonde spatiale et pouvoir recueillir suffisamment de nouvelles connaissances pour savoir où chercher les très convoités systèmes binaires. 

Cette animation de données de supercalculateur nous emmène dans la zone intérieure du disque d’accrétion d’un trou noir de masse stellaire. Elle montre à la fois des rayons X de faible énergie (rouge) du disque d’accrétion interne et des rayons X de haute énergie (bleu) de la couronne interne d’un trou noir de masse stellaire. Musique : Lost in Space de Lars Leonhard, avec l’aimable autorisation de l’artiste. © Goddard Media Studio