TROUS NOIRS

Visualisation numérique des trous noirs

Toutes les méthodes de détection des trous noirs décrites plus haut ne fournissent pas d’images de l’environnement immédiat d’un trou noir, faute de télescopes à résolution angulaire suffisante. En attendant de disposer de tels instruments, les chercheurs se sont demandé à quoi pourrait ressembler un trou noir « vu de près ».

Nombre de représentations didactiques ou artistiques de trous noirs sont exposées dans des revues et sites Web de vulgarisation, sous forme de sphères noires semblant flotter au sein d’un tourbillon circulaire de gaz brillant. Aussi frappantes soient-elles, ces images échouent à rendre compte de la réalité astrophysique. Or, celle-ci peut être décrite correctement à l’aide de simulations numériques tenant compte des distorsions complexes que le fort champ gravitationnel impose à l’espace-temps et aux trajectoires des rayons lumineux qui en épousent la trame. Elles ont été mises en œuvre dès 1978.

Première simulation numérique d’un trou noir

Photographie

Datant de 1978, cette simulation numérique montre l'image extrêmement déformée d'un disque de gaz chaud entourant un trou noir (au centre). La forte courbure des rayons lumineux permet de voir entièrement le dessus du disque (qui devrait ressembler, par exemple, aux anneaux de Saturne), et... 

Crédits : J.-P. Luminet

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Pour créer les images les plus réalistes possible d’un trou noir entouré d’un disque d’accrétion, il faut non seulement calculer la propagation des rayons lumineux dans l’espace-temps courbe, mais aussi connaître les propriétés physiques du disque d’accrétion. Le résultat montre que le dessus du disque reste entièrement visible quel que soit l’angle de vue (par contraste, par exemple, avec les vues usuelles des anneaux de Saturne) : le champ gravitationnel incurve si fortement les trajets des rayons lumineux au voisinage du trou noir que la partie arrière du disque est « relevée ». Même si le trou noir cache à jamais ce qui est tombé dedans, il ne peut rien masquer de ce qui se trouve derrière. L’enroulement des rayons lumineux engendre aussi une image secondaire permettant de voir l’autre face du disque d’accrétion. Optiquement très déformée, celle-ci prend la forme d’un mince halo de lumière collé contre le disque noir central, lequel représente l’horizon des événements systématiquement agrandi d’un facteur 2,6 par effet de lentille gravitationnelle.

La [...]

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Médias de l’article

Puits gravitationnel créé par un trou noir
Crédits : J.-P. Luminet

dessin

Formation de trous noirs stellaires et sursauts gamma
Crédits : J.-P. Luminet

dessin

Galaxie NGC 1277
Crédits : NASA/ ESA/ Andrew C. Fabian/ Remco C. E. van den Bosch (MPIA)

photographie

Théorème de calvitie
Crédits : J.-P. Luminet

dessin

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