Deux trous noirs photographiés ensemble

C'est historique : deux trous noirs viennent d'être photographiés ensemble

Le 9 octobre 2025, une équipe internationale a publié une image radio qui, pour la première fois, montre deux trous noirs supermassifs partageant la même orbite à l'intérieur du blazar connu sous le nom d'OJ287 — une découverte que l'équipe qualifie d'historique et qui résout une énigme astronomique de longue date. Les deux sources radio compactes se situent là où des modèles orbitaux indépendants avaient prédit leur présence, et le compagnon plus petit semble émettre un jet en tire-bouchon qui donne l'impression d'un tuyau d'arrosage que l'on ferait tourner tout en pulvérisant des particules à une vitesse proche de celle de la lumière. Cette interprétation, ainsi que l'image elle-même, reposent sur l'interférométrie radio à très longue base qui a combiné des télescopes terrestres avec des données radio-spatiales d'archives et correspond à des décennies de prédictions de chronométrage et d'éruptions optiques pour OJ287.

C'est historique : deux trous noirs dans OJ287

OJ287 est à la fois une épine dans le pied et une promesse pour les astronomes depuis plus d'un siècle : l'objet était visible sur des plaques photographiques du XIXe siècle archivées et, depuis les années 1980, on soutient que son cycle régulier de 12 ans d'éruptions optiques brillantes provient d'un moteur binaire de trous noirs. Ce modèle — affiné au fil des décennies par des groupes dirigés par l'University of Turku, le Tata Institute et d'autres — a prédit le moment et la géométrie des éruptions répétées, et la nouvelle image radio localise deux émetteurs radio compacts exactement là où ces modèles placent les trous noirs primaire et secondaire. Pour de nombreux chercheurs, il s'agit de la première confirmation spatiale directe que les oscillations de luminosité proviennent réellement d'une paire liée plutôt que d'un jet unique en précession.

C'est historique : deux trous noirs — instruments et technique d'imagerie

Capturer deux trous noirs en orbite mutuelle exigeait les yeux radio les plus perçants disponibles. L'équipe a utilisé l'interférométrie à très longue base (VLBI), combinant les signaux d'un réseau international de radiotélescopes terrestres et de bases spatiales fournis par la mission RadioAstron (Spektr‑R), dont l'antenne s'est autrefois étendue jusqu'à environ mi-chemin de la Lune, améliorant ainsi considérablement la résolution angulaire. Cet ensemble de données VLBI terre-espace produit un pouvoir de résolution effectif équivalent à l'imagerie d'une pièce de monnaie sur la Lune et s'est révélé essentiel pour séparer les deux sources radio compactes à l'intérieur du noyau brillant d'OJ287. Crucialement, la présence des trous noirs est déduite de leurs jets radio et des points chauds compacts sur la carte interférométrique — les trous noirs eux-mêmes restent invisibles, révélés uniquement par les structures énergétiques qu'ils projettent.

Masses, séparation et ce que l'image nous dit sur la gravité

En déduction de ces masses mesurées et de la période de 12 ans, la dynamique képlérienne donne un demi-grand axe approximatif de l'ordre de 1 à 2×10^4 unités astronomiques (environ 0,05 à 0,1 parsec, soit quelques dixièmes d'année-lumière). Ce chiffre est une estimation newtonienne approximative dérivée des masses publiées et de la période orbitale, et doit être lu comme une échelle physique d'ordre de grandeur plutôt que comme une mesure directe rapportée dans l'image radio. Le point important est que la paire est extrêmement compacte à l'échelle astronomique, et à la distance d'OJ287 — environ cinq milliards d'années-lumière de la Terre — leur séparation angulaire dans le ciel est minuscule, d'où la nécessité de la VLBI à base spatiale pour les distinguer.

OJ287 a déjà été utilisé comme laboratoire pour tester la relativité générale : les éruptions d'impact et la précession du périastre prédites dans le modèle binaire ont fourni des tests indirects de la dynamique relativiste et de la perte d'énergie par ondes gravitationnelles. La nouvelle image directe ne remplace pas en soi ces tests, mais elle ancre la géométrie du système dans l'espace et donne aux observateurs une rare chance de suivre le mouvement orbital relativiste et le changement d'orientation des jets en temps réel — une sonde directe de la gravité en champ fort, de la précession de l'espace-temps et du couplage entre l'orbite et la physique de l'accrétion.

Comportement du jet, ambiguïté et importance du suivi

Ce que l'image signifie pour les observations futures et les ondes gravitationnelles

Trouver une binaire supermassive résolvable à des échelles de l'ordre du parsec ou du sous-parsec est une étape majeure pour l'astronomie multi-messagers. Les systèmes comme OJ287 sont des candidats à l'émission d'ondes gravitationnelles nanohertz que les réseaux de chronométrage de pulsars tentent de mesurer. Une binaire localisée spatialement et modélisée fournit un ancrage astrophysique pour ces recherches à basse fréquence et donne aux théoriciens une cible bien définie pour prédire les formes d'onde et les temps d'aspiration. À plus court terme, la surveillance de l'orientation du jet au fil de l'orbite permettra de tester les modèles de lancement de jet, la géométrie magnétique et les interactions entre le disque et le compagnon secondaire ; les chercheurs planifient déjà des suivis VLBI qui suivront le « balancement » attendu du jet du secondaire à travers plusieurs phases de son orbite de 12 ans.

Comment cette image répond à des questions de longue date

On se demande depuis des décennies si les noyaux actifs de galaxies présentant des variations périodiques de luminosité cachent deux trous noirs ou simplement une physique complexe d'accrétion et de jet. L'image d'OJ287 ne règle pas à elle seule toutes les alternatives, mais elle apporte une confirmation spatiale qui correspond à un long historique de prédictions chronométriques — ce que des tests indirects ne pourraient jamais pleinement fournir. En liant les points chauds radio à des modèles orbitaux dérivés indépendamment, ce travail réduit l'espace des paramètres viables pour les explications alternatives impliquant un seul trou noir et établit une nouvelle référence observationnelle pour les études sur l'évolution binaire, la précession relativiste et la réponse des jets au mouvement orbital.

Prochaines étapes et où regarder

La revendication reposant sur une reconstruction VLBI complexe et sur la correspondance avec des phases orbitales modélisées, le domaine va maintenant se tourner vers la vérification. Cela signifie davantage de VLBI avec une couverture de base dense, de nouveaux concepts de VLBI spatiale pour restaurer des bases de niveau RadioAstron, des campagnes multi-longueurs d'onde pour lier la structure radio aux éruptions optiques et de rayons X, et un suivi polarimétrique minutieux pour vérifier si la structure torsadée est réellement un jet en rotation. Si une imagerie répétée montre le jet du secondaire osciller de la manière prédite par les modèles actuels, le dossier passera de hautement convaincant à incontestable — et OJ287 deviendra ce que nous avons de plus proche d'un laboratoire de binaire supermassive à évolution lente observé directement.

Sources

• University of Turku (communiqué de presse et documents de recherche sur OJ287)
• The Astrophysical Journal (article évalué par les pairs décrivant les résultats de l'imagerie radio)
• Mission RadioAstron / Spektr-R (observatoire VLBI spatial utilisé dans l'ensemble de données)
• Astronomy & Astrophysics (études sur les jets VLBI et la polarisation, articles de l'équipe de l'Event Horizon Telescope)