Comment la courbure et la rotation sculptent l'ombre d'un trou noir express
La lumière qui passe près d'un corps massif le contourne, comme un flot de voitures contourne un profond nid-de-poule sur la route. Plus les parois du nid-de-poule sont abruptes, plus la trajectoire est déviée — et moins il reste de chemins directs vers l'observateur. C'est ainsi que naît l'ombre d'un trou noir : la région d'où la lumière ne peut plus s'échapper.
Les auteurs de la nouvelle étude ont ajouté à cette image routière une couche d'asphalte supplémentaire — la courbure de Gauss-Bonnet, qui n'est perceptible que dans les espaces de dimension supérieure à quatre. Dans notre monde, elle se manifeste par un unique paramètre α, qui contrôle la courbure additionnelle. Lorsque α augmente, le nid-de-poule devient plus profond à masse égale — l'ombre se contracte et son bord devient plus anguleux. La rotation rapide du trou (paramètre a) agit différemment : elle entraîne l'espace lui-même, ce qui fait perdre sa symétrie à l'anneau lumineux autour de l'ombre et l'étire dans le sens de la rotation.
Pour vérifier le modèle, les chercheurs ont reproduit les conditions dans lesquelles ont été obtenues les célèbres images des ombres de M87* et de Sagittarius A* — les trous supermassifs au centre de notre galaxie et de la galaxie voisine. Il s'avère que les valeurs admissibles de α sont très petites, sinon l'ombre serait différente. Cela n'exclut pas totalement la courbure supplémentaire, mais la confine dans des limites étroites — un peu comme le réglage d'un phare que l'on ne peut tourner que de quelques millimètres pour ne pas éblouir les conducteurs venant en sens inverse.
L'ombre du trou noir M87* sur l'image de 2019 est comparable en taille à une balle de tennis observée à une distance de 13 000 kilomètres.
Dans le roman « Sphère » de Michael Crichton, les héros sont confrontés à une courbure de l'espace qui modifie les lois habituelles de la physique — un peu comme le paramètre supplémentaire α redessine discrètement la gravité autour d'un trou noir.