Admirez la danse hypnotisante de deux trous noirs dans cette animation de la Nasa

À ce jour, nous ne disposons que d’une seule image d’un trou noir, ce qui est déjà une avancée scientifique majeure. Pour aider à imaginer à quoi ressemblent vraiment ces objets célestes énigmatiques, la Nasa fournit régulièrement des visualisations. La dernière produite par l’agence spatiale, le 15 avril 2021, représente les mouvements d’un trou noir binaire. Elle a été conçue par l’astrophysicien Jeremy Schnittman du Goddard Space Flight Center.

On y voit nettement la façon dont chacun des deux trous noirs du système déforme la lumière émise par son compagnon, plus exactement la lumière provenant de son disque d’accrétion (une structure formée par la matière en orbite autour d’un trou noir). Les deux trous noirs représentés ici équivalent à plusieurs millions de fois la masse du Soleil : on parle alors de trous noirs supermassifs. Ces deux objets sont en orbite l’un autour de l’autre, d’où l’appellation trou noir binaire pour désigner ce système.

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Qu’est-ce qu’un trou noir ?

Les deux trous noirs apparaissent d’abord vus du dessus, leurs disques d’accrétion visibles à plat. Puis l’angle de vue change, et on peut voir les trous noirs sur le côté : les disques d’accrétion prennent alors « un aspect caractéristique à double bosse », décrit la Nasa dans son communiqué. Le plus fascinant reste encore à venir, lorsque le déplacement des trous noirs les amène à passer l’un devant l’autre (de notre point de vue). C’est alors que la gravité du trou noir qui se trouve au premier plan donne l’impression de « tordre » son compagnon.

Aberration relativiste

Ici, la Nasa a choisi de représenter un trou noir de 200 millions de masses solaires, et un plus petit qui pèse moitié moins. Dans ce genre de système binaire, les scientifiques pensent que les deux objets peuvent posséder des disques d’accrétion pendant des millions d’années. Les couleurs rouges et bleues ne servent pas qu’à les différencier, mais reflètent aussi une réalité scientifique : « Un gaz plus chaud émet de la lumière plus près de l’extrémité bleue du spectre, et le matériau en orbite autour de petits trous noirs subit des effets gravitationnels plus forts qui produisent des températures plus élevées », résume l’agence spatiale dans son communiqué.

Autre particularité révélée par la visualisation : avez-vous remarqué que les trous noirs semblent plus petits lorsqu’ils s’approchent de vous, et plus grands quand ils s’éloignent ? Comme l’explique la Nasa, cet effet assez subtil porte le nom d’aberration relativiste.

Tango de trous noirs.

Source : NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman and Brian P. Powell

L’animation change encore de perspective, pour montrer de nouveau les trous noirs vus du dessus. Et il y a encore une surprise : « les deux trous noirs produisent de petites images de leurs partenaires qui tournent autour d’eux à chaque orbite », décrit la Nasa. Sur l’image suivante, on voit à quoi cela ressemble. Le plus petit trou noir doit « plier » la lumière émise par son compagnon à 90°. En fait, dans l’image suivante, on voit simultanément l’image du trou noir rouge d’en haut, mais aussi sur le côté, dans le trou noir bleu. Et inversement.

Zoom sur l’image du trou noir rouge déformée dans le trou noir bleu. Et maintenant, regardez dans le disque rouge : la petite image de son compagnon bleu s’y cache aussi.

Source : NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman and Brian P. Powell

Dans un avenir peut-être pas si lointain, les astronomes espèrent devenir capables de détecter les ondes gravitationnelles (des ondulations dans l’espace-temps) émises quand deux trous noirs, comparables à ceux de cette visualisation, entrent en collision et fusionnent. D’ici là, il reste toujours possible de regarder cette visualisation en boucle.

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