Il a trouvé un trou noir dans la Voie lactée il y a 50 ans et a finalement pu le voir

« S’il s’avérait que ce n’était pas un trou noir, ma carrière s’effondrerait. »

Bruce Balick a écrit une lettre urgente à son partenaire de recherche de l’autre côté du pays. Il craignait que d’autres radioastronomes ne soient sur leurs talons, dont un du nom de Fred Lo.

« Nous ferions mieux de publier rapidement si nous voulons le devancer dans l’impression », écrivait Balick à Robert L. Brown, son collaborateur, au printemps 1974.

Après avoir obtenu son doctorat à l’Université Cornell trois ans plus tôt, Balick était jeune, ambitieux et désireux de faire savoir au monde ce qu’il avait trouvé dans le ciel par une journée claire et sèche de février. La concurrence pourrait peut-être aussi venir du côté. Balick a observé des ondes radio naturelles provenant d’objets dans l’espace lointain. Mais les astronomes qui étudient le ciel aux longueurs d’onde infrarouges reniflaient autour de la même cible cosmique, a-t-il écrit.

Balick et Brown ont finalement remporté la course, recevant le crédit pour Sagittarius A*, prononcé « Sagittarius A-star », le trou noir supermassif trouvé au centre de la Voie lactée. Ils publient leur découverte la même année dans l’Astrophysical Journal en décembre 1974.

C’était passionnant, se souvient Balick. Ils venaient de scruter 26 000 années-lumière dans l’espace lointain et de trouver l’âme même de la galaxie. Il ne savait pas que quelque 50 ans plus tard, il regarderait son visage. Le 12 mai 2022, le groupe international Event Horizon Telescope a publié la toute première photo du Sagittaire A * au monde, une tache sombre avec un anneau flou de lumière rouge-orange.

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Les trous noirs sont parmi les choses les plus insaisissables dans l’espace. Le type le plus courant, appelé trou noir stellaire, est souvent considérée comme le résultat d’une étoile plus grande que le soleil mourant dans une explosion de supernova. Le matériau de l’étoile s’effondre sur lui-même, se condensant en une zone relativement petite.

Mais comment les trous noirs supermassifs, des millions à des milliards de fois plus massives que le soleil, la forme est plus mystérieuse que les trous noirs stellaires typiques. De nombreux astrophysiciens et cosmologistes pensent que ces mastodontes se cachent au centre de pratiquement toutes les galaxies. Les observations récentes du télescope spatial Hubble ont renforcé la théorie selon laquelle les trous noirs supermassifs prennent naissance dans les noyaux poussiéreux des galaxies en étoile, où de nouvelles étoiles sont rapidement produites, mais les scientifiques enquêtent toujours.

« Nous aimons notre trou noir. »

Les trous noirs n’ont pas de surface comme les planètes. Au lieu de cela, ils ont une limite appelée « horizon des événements », un point de non-retour. Si quelque chose s’approche trop près, il tombera dedans, sans jamais échapper à l’attraction gravitationnelle du trou.

L’image du Sagittaire A, ou Sgr A* en abrégé, est une réalisation magistrale, la deuxième fois que des scientifiques ont franchi la barrière de l’invisibilité pour entrevoir un trou noir. Les scientifiques disent que cela offre une confirmation puissante que les trous noirs supermassifs sont bien réels.

L’exploit a nécessité des années de travail, impliquant 300 scientifiques dans 80 institutions. Les trous noirs sont par définition invisibles – la lumière ne peut pas leur échapper. Mais Sgr A* se révéla sous la forme d’une ombre noire entourée de la brillante lueur du gaz et de la poussière.

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Pour la plupart des gens, l’instantané était leur première introduction au mystérieux trou noir supermassif dans leur maison galactique. Pour les radioastronomes, Sgr A* est un vieil ami, une énigme de l’espace lointain qu’ils essaient de comprendre depuis des décennies.

« Nous adorons notre trou noir », a déclaré Feryal Özel, professeur d’astronomie et de physique à l’Université de l’Arizona, qui a aidé à publier la nouvelle photo révolutionnaire lors d’une conférence de presse à Washington, DC.

La course à la découverte

Il y a un demi-siècle, Balick et Brown et une autre équipe étaient au coude à coude dans la détection du trou noir, mais pour des raisons différentes. Ils se disputaient tous le temps sur l’Observatoire national de radioastronomie Système d’interférométrie de Green Bank dans les montagnes de Virginie-Occidentale, qui reliait trois paraboles radio et une antenne à 20 miles de distance pour simuler un télescope plus grand. L’expansion de l’antenne à Huntersville, WV, a été un pas de géant dans la technologie, décuplant la résolution de l’image.

Dennis Downes et W. « Miller » Goss, une autre paire d’astronomes, ont soumis une proposition pour rechercher des restes potentiels d’un quasar ou de supernovas dans le Sagittaire A, une zone de la constellation du Sagittaire. En raison de conflits de travail et de voyage, Downes et Goss n’ont jamais fait le voyage d’Europe en Virginie-Occidentale à l’automne 1973, quelques mois avant le tour de Balick et Brown.

Balick et Brown, qui se sont aventurés de Charlottesville, en Virginie, à Green Bank, recherchaient quelque chose de complètement différent – des régions de formation d’étoiles près du centre de la galaxie. Ils avaient observé Sagittarius B2, un nuage de gaz et de poussière près du centre, mais n’avaient pas trouvé d’étoiles brillantes.

« Juste pour le plaisir, nous pensions pointer les antennes vers le véritable centre galactique, le Sagittaire A », a récemment déclaré Balick à Indigo Buzz depuis son domicile dans l’État de Washington. « Vous pouviez voir un signal très fort, un signal bien plus fort que tout ce à quoi nous aurions pu nous attendre. »

Rempli d’adrénaline, il a parlé du signal à David Hogg, le directeur du site de Green Bank. C’est alors que Hogg, qui était responsable de la planification du temps d’observation, s’est rendu compte qu’ils avaient utilisé une configuration et des longueurs d’onde radio qu’une autre équipe de recherche (Goss et Downes) avait voulu poursuivre. De tels conflits pourraient déclencher la controverse et la concurrence, alors Hogg a demandé à Balick et Brown d’attendre alors qu’il essayait de communiquer avec l’autre équipe, selon des souvenirs publiés plusieurs années plus tard. Peut-être pourraient-ils travailler ensemble ou obtenir un crédit dans le journal.

« Juste pour le plaisir, nous pensions pointer les antennes vers le vrai centre galactique, le Sagittaire A. »

Pendant les trois mois suivants, Balick, qui avait déménagé à Santa Cruz, en Californie, pour un travail, et Brown, qui est resté en Virginie, ont travaillé à 2 800 miles l’un de l’autre, correspondant par courrier.pour compléter le calibrage des données et développer des explications pour leurs résultats.

Goss, qui vit aujourd’hui au Nouveau-Mexique et est à la retraite, a déclaré qu’il n’avait jamais eu de rancune contre ses collègues pour avoir découvert le trou noir supermassif. Pour Goss, qui savait très tôt qu’il passerait sa carrière à étudier le centre galactique, c’était juste excitant de savoir que Sgr A* existait.

« Nous avons pensé: » Eh bien, vous savez, ils l’ont fait. Nous aurions pu le faire, mais ils étaient légèrement en avance sur nous, ce qui était assez juste », a-t-il déclaré. « Il n’y a jamais eu de mauvaise volonté du tout. »

Preuve que les trous noirs sont réels

L’idée des trous noirs existait depuis longtemps en tant que solution mathématique à un problème de physique, mais ce n’était pas une science entièrement acceptée. Même Albert Einstein, dont la théorie de la relativité générale avait prédit leur existence environ 60 ans plus tôt, avait des doutes.

En 1974, l’année de la découverte de Balick et Brown, l’astronome britannique Sir Martin Rees ont proposé que les trous noirs supermassifs puissent vivre au centre de certaines galaxies, mais cela était toujours considéré comme une pensée radicale.

« Tout le monde supposait qu’ils venaient de s’évaporer », a déclaré Michael Johnson, du Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, lors de la conférence de presse Event Horizon Telescope. « On n’a pas l’impression qu’ils pourraient exister dans la nature, et je pense que cela persiste pour nous. Vous attendez toujours que quelque chose intervienne et dise: » OK, bien sûr, les trous noirs ne sont que de la science-fiction, il y a quelque chose ailleurs.' »

Donc la question pour Balick et Brown, 50 ans avant la preuve photographique, était qu’allaient-ils publier ? Jusqu’où pouvaient-ils tendre le cou ?

Étant donné à quel point les trous noirs étaient controversés à l’époque, les scientifiques ont failli appeler le Sagittaire A * un trou noir, a déclaré Balick.

Le papier de six pages ne fait jamais référence au terme. Au lieu de cela, les deux ont appelé le trou noir une structure physique qui « définit le centre galactique ».

« S’il s’avérait que ce n’était pas un trou noir, ma carrière s’effondrerait. Il y avait donc une décision politique prise ici, pas une décision scientifique, sur ce que nous devrions dire », a déclaré Balick.

À l’âge d’environ 30 ans, il n’était pas disposé à miser sa carrière sur une revendication aussi effrontée.

« J’essayais de m’assurer que j’avais réussi le test du rire », a-t-il déclaré.

Huit ans plus tard, Brown a inventé le nom « Sagittarius A* » pour le trou noir. Il a utilisé l’astérisque pour distinguer la source radio compacte des autres éléments du centre galactique. Un matin, notant des idées sur un bloc-notes jaune, il repensa à sa thèse de doctorat. En physique atomique, les scientifiques indiquent les états de haute énergie avec le symbole. Par analogie, il pensait que l’utilisation de « l’étoile » transmettrait la petite source radio brillante.

Le nom est resté.

« J’essayais de m’assurer que j’avais réussi le test de rire. »

Alors que Brown et Goss ont poursuivi leurs recherches sur le centre galactique au fil des ans, les intérêts de Balick l’ont emmené ailleurs. Il a développé une expertise dans les nébuleuses planétairesles nuages ​​de gaz et de poussière rejetés par les étoiles mourantes.

Aujourd’hui, certains des scientifiques qui ont étudié le Sagittaire A dans les années 1970 ont disparu. Lo Et brun sont morts depuis.

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Balick, un professeur à la retraite de l’Université de Washington, n’a pas eu un aperçu de la photographie de sa découverte. Au lieu de cela, l’octogénaire a attendu l’annonce du télescope Event Horizon pour enfin rencontrer son insaisissable ami, juste avant de prendre la route pour rendre visite à ses petits-enfants. C’était comme s’il était un membre ordinaire du grand public.

La tasse de Sgr A* était exactement comme Balick l’imaginait : un sosie de la première photo de trou noir sorti en 2019. Son prédécesseur était un trou noir supermassif beaucoup plus grand au centre de la galaxie Messier 87.

« Si cela avait l’air très différent, alors la relativité générale aurait besoin d’une refonte majeure », a-t-il déclaré.

Il souhaitait seulement que Brown soit en vie pour le voir aussi.

L’attention enragée pour Sgr A * a rappelé des souvenirs à Goss mais toujours aucun sentiment de jalousie, a-t-il déclaré.

Arriver à ce stade a nécessité les efforts de toute une communauté de scientifiques. Donald Lynden Bell, pour sa part, est « un héros méconnu », a-t-il déclaré, ayant apporté une compréhension théorique des sources radio compactes au centre des galaxies, des quasars et des trous noirs. Et la douzaine d’ingénieurs électriciens et mécaniciens qui ont construit le réseau de radiotélescopes de Green Bank méritent également d’être reconnus.

« C’est une réalisation incroyable de beaucoup, beaucoup de gens », a-t-il déclaré. « Ceux d’entre nous qui ont fini par faire les observations se tenaient simplement sur leurs épaules. »