Des astronomes européens ont simulé l'apparence des trous noirs selon des théories alternatives de la gravité.
La simulation du projet BlackHoleCam représente la plus avancée jamais réalisée. Ces résultats cruciaux aident à interpréter les futures images de l'ombre des trous noirs, attendues du projet Event Horizon Telescope dans les années à venir. L'étude est publiée aujourd'hui dans Nature Astronomy.
Grâce à des simulations à grande échelle, les chercheurs montrent que certains trous noirs supermassifs "classiques", prédits par la relativité générale d'Einstein, sont parfois indiscernables de ceux issus de théories gravitationnelles alternatives.
Les scientifiques ont modélisé la matière en chute depuis le disque d'accrétion en rotation, calculant le rayonnement émis. La lumière capturée par un trou noir franchit l'horizon des événements, une frontière au-delà de laquelle rien ne peut s'échapper. Cet horizon apparaît comme une "ombre" dont la taille et la forme dépendent des propriétés du trou noir et de la théorie de la gravité.
Si la déviation de la lumière autour des trous noirs alternatifs était connue, il manquait des modèles précis du mouvement du gaz et de l'origine du rayonnement. Le code utilisé intègre pour la première fois ces dynamiques dans des théories alternatives. Développé sur le supercalculateur de l'Institut Goethe à Francfort sous la direction de Luciano Rezzolla et Yosuke Mizuno, il tient compte de la résolution des instruments actuels.
Un exemple emblématique est Sagittarius A* (Sgr A*), le trou noir supermassif au cœur de notre Voie lactée. Bien que non observés directement, leur existence est confirmée par les ondes gravitationnelles issues de fusions détectées récemment. L'Event Horizon Telescope, réseau mondial de radiotélescopes, vise à capturer la première image de l'ombre de Sgr A*, avec la participation de l'équipe BlackHoleCam financée par le Conseil européen de la recherche (ERC).
Ces simulations révèlent que certains trous noirs alternatifs ressemblent trait pour trait à ceux d'Einstein, imposant la prudence. Heino Falcke, professeur à Nimègue et pionnier de l'idée d'imager l'ombre des trous noirs il y a vingt ans, reste confiant : "C'est un progrès majeur de simuler l'apparence des trous noirs selon toute théorie gravitationnelle et leur interaction avec la matière. L'objectif premier de l'Event Horizon Telescope est de confirmer l'ombre d'un trou noir, quel qu'il soit. C'est toujours possible, mais nous ne pouvons exclure toutes les alternatives. La relativité d'Einstein reste favorite, mais nous devons la tester. Ces résultats guident l'amélioration de nos technologies pour des images plus nettes."
Michael Kramer, du Max-Planck-Institut für Radioastronomie à Bonn et co-PI de BlackHoleCam, suggère d'autres tests : "La découverte de pulsars proches du trou noir permettrait de mesurer précisément leurs orbites et de trancher entre théories." L'équipe recherche ces objets près de Sgr A*.
Le code sera bientôt open-source pour les chercheurs développant d'autres théories gravitationnelles.
