Galaxie M87 : huit télescopes pour la première image

Intervenant 10:00

Bienvenue dans le podcast du magazine Tangente. C'est un vrai plaisir d'ouvrir cette nouvelle plongée au cœur de nos sources pour décortiquer les mathématiques et la physique qui façonnent notre compréhension de l'univers.

Intervenant 20:13

Oui, bonjour. Je suis ravi d'être là pour cette exploration.

Intervenant 10:16

Alors aujourd'hui, on va se pencher sur une date clé. Le 10 avril 2019, c'est le jour où l'humanité a accompli un truc un peu fou. Regardez l'invisible.

Intervenant 20:27

C'est exactement ça.

Intervenant 10:29

L'image de cette fameuse silhouette orangée, le premier trou noir jamais photographié, on l'a tous vu dans les médias. Mais notre mission aujourd'hui, pour ceux qui nous écoutent, c'est vraiment de dépasser l'aspect esthétique de cette image.

Intervenant 20:42

Parce que la vraie prouesse, elle n'est pas

Intervenant 10:43

là. Voilà, elle est mathématique et technologique. C'est l'analyse de données titanesque derrière qui est fascinante.

Intervenant 20:49

Bah oui, parce que ce n'est pas du tout un télescope optique géant qui a juste pris une photo. On parle d'un triomphe absolu de la synthèse de données.

Intervenant 10:56

Et justement, il y a un détail chronologique dans nos sources qui m'a fait tiquer tout de suite.

Intervenant 21:00

Ah bon ? Lequel ?

Intervenant 11:02

Mais l'image, elle a été publiée en 2019. Mais les ondes, elles ont été capturées en avril 2017.

Intervenant 21:09

Ouais, deux ans d'écart.

Intervenant 11:10

C'est ça, deux ans. Aujourd'hui, on est habitué à ce que tout soit instantané, tu vois. Pourquoi il a fallu deux années entières de développement pour sortir cette image ?

Intervenant 21:18

Pour comprendre ça, il faut vraiment changer notre façon de concevoir l'observation astronomique, en fait.

Intervenant 11:23

C'est-à-dire ? Ce n'est pas juste assembler des pixels ?

Intervenant 21:25

Non, pas du tout. L'assemblage de pixels, c'est l'optique classique. Depuis Galilée, on a l'habitude de capter la lumière visible. Mais là, pour un trou noir supermassif, la lumière visible, elle doit traverser des nuages de gaz.

Intervenant 11:36

Et de la poussière interstellaire, j'imagine ?

Intervenant 21:38

Exactement. Des dizaines de millions d'années-lumière de poussière. Donc le signal optique, il arrive complètement épuisé ou alors il est totalement absorbé. On ne voit rien.

Intervenant 11:47

C'est le fameux mur de l'optique, quoi.

Intervenant 21:49

Voilà. Du coup, la solution, ça a été de passer à la radioastronomie. Les ondes radio, elles traversent tout ça beaucoup plus facilement.

Intervenant 11:56

D'accord, mais dans l'article, il parle d'une fréquence super précise, 230 gigahertz.

Intervenant 22:01

Ouais, ce qui donne une longueur d'onde de 1,3 millimètre.

Intervenant 12:05

1,3 mm ? Pourquoi celle-là spécifiquement et pas, je ne sais pas, une autre fréquence radio ?

Intervenant 22:10

En fait, c'est un compromis physique de dingue. Si on prend une fréquence plus basse, les ondes traversent bien l'espace. Mais le plasma très chaud autour du trou noir devient opaque.

Intervenant 12:20

Ah, donc on verrait juste une grosse tache floue.

Intervenant 22:23

C'est ça, une tache informe. Et à l'inverse, si on monte trop en fréquence pour essayer d'avoir une image nette, on tape dans un autre mur, mais local, celui-là.

Intervenant 12:31

L'atmosphère terrestre.

Intervenant 22:32

Exactement. La vapeur d'eau de notre atmosphère absorbe les ondes trop courtes. Donc, 1,3 mm, c'est vraiment le trou de serrure parfait. Le plasma est translucide et notre atmosphère reste transparente.

Intervenant 12:44

C'est le châle-légulier en fait. Mais par contre, ça pose un problème au niveau de la résolution, non ? Si on utilise une longueur d'onde d'un millimètre.

Intervenant 22:52

Ah bah, un problème massif, oui.

Intervenant 12:54

Parce que si on se fie aux critères de Rayleigh en physique, plus l'objet est petit à observer ou plus la longueur d'onde est grande, plus l'objectif doit être immense.

Intervenant 23:05

C'est la loi de l'optique, ouais. Pour te donner une idée, observer ce trou noir depuis la Terre, c'est comme essayer de voir une balle de tennis posée sur la Lune.

Intervenant 13:13

Rien que ça, c'est vertigineux.

Intervenant 23:15

Et pour voir ça en lumière visible, il faudrait un miroir parfait de deux kilomètres de diamètre.

Intervenant 13:20

Ce qui est déjà structurellement impossible à construire sur Terre. Je crois que les plus grands font une trentaine de

Intervenant 23:25

mètres. Sauf que là, l'Event Horizon Telescope, le HT, utilise des ondes millimétriques. C'est des milliers de fois plus large que la lumière visible.

Intervenant 13:34

Ah oui, donc l'équation explose complètement.

Intervenant 23:36

Pour garder la même résolution, avec une onde de 1,3 mm, il faudrait une parabole de la taille de la Terre entière.

Intervenant 13:42

C'est absurde. Enfin, matériellement, on ne peut pas fabriquer une antenne de 12 000 km de large. Donc, comment ils ont fait ? L'astuce, c'est les maths, c'est ça ?

Intervenant 23:51

Exactement. Ils ont utilisé une technique qui s'appelle l'interférométrie à très longue base, le VLBI en anglais.

Intervenant 13:59

Et ça consiste en quoi concrètement ?

Intervenant 24:01

Plutôt que de construire une seule antenne géante, ils ont mobilisé huit radiotélescopes qui existaient déjà, un peu partout sur le globe.

Intervenant 14:08

Oui, l'article mentionne l'Espagne, le Mexique, Hawaï, même l'Antarctique.

Intervenant 24:13

C'est ça. Et en synchronisant toutes ces antennes, on crée un réseau. Et virtuellement, ça forme une seule ouverture géante.

Intervenant 14:20

Et c'est là que la taille compte.

Intervenant 24:21

Exactement. Parce que la résolution de ce télescope virtuel, elle n'est plus dictée par la taille des petites antennes, mais par la distance géographique maximale entre elles.

Intervenant 14:30

Ce qu'ils appellent la ligne de base.