À l'oculaire, une boule cotonneuse sans le moindre relief. Mais cette tache pâle du printemps est l'une des galaxies les plus massives de l'univers proche, et surtout la première dont on ait photographié le trou noir central : l'anneau de lumière dévoilé par l'Event Horizon Telescope le 10 avril 2019. Voici ce que M87 est vraiment, ce que votre télescope en montrera, et comment la débusquer au cœur de l'amas de la Vierge.
6,5 milliards
de masses solaires : M87*, le premier trou noir jamais photographié
53
millions d'années-lumière : la distance de M87 (16,4 Mpc)
12000
amas globulaires en orbite, contre ~150 pour la Voie lactée
5000
années-lumière : la longueur du jet relativiste central
2019
l'année de la première image d'un trou noir, le 10 avril
Ce que c'est
Une elliptique géante, presque une ville-monde d'étoiles
M87 au catalogue de Messier, NGC 4486 au New General Catalogue, Virgo A pour les radioastronomes : trois noms pour une même bête, l'une des plus grosses galaxies connues à moins de 100 millions d'années-lumière. Rien à voir avec une spirale élégante comme la Galaxie d'Andromède : ici, ni bras, ni bande de poussière, ni disque. Juste une immense boule d'étoiles vieilles et jaunes, plus brillante au centre et se fondant sans bord net dans le fond du ciel. On la range parmi les elliptiques supergéantes de type cD, les monstres qui trônent au cœur des amas. Son corps lumineux s'étale sur environ 129 000 années-lumière — la taille de notre Voie lactée — mais son halo d'étoiles s'étend bien au-delà, jusqu'à des centaines de milliers d'années-lumière.
M87 par Hubble — NASA, ESA & le Hubble Heritage Team (STScI/AURA) (domaine public)
Mille milliards d'étoiles
M87 contient de l'ordre de mille milliards d'étoiles — plus de dix fois le contenu de la Voie lactée. Sa masse totale atteint quelque deux mille milliards de fois celle du Soleil dans ses régions internes, halo de matière noire compris. Cette démesure n'a rien d'un hasard : au centre d'un grand amas, une galaxie géante grossit en avalant ses voisines au fil des milliards d'années. M87 est le produit final de cette cannibalisation cosmique, un ogre stellaire posé là où la gravité de l'amas est la plus forte.
Douze mille amas globulaires
Autour de ce corps orbite l'un des plus riches halos d'amas globulaires jamais recensés : environ 12 000 de ces essaims de vieilles étoiles, d'après le relevé de 2006. Notre Voie lactée n'en compte que 150 à 200 — M87 en abrite donc près de quatre-vingts fois plus. Beaucoup lui ont probablement été arrachés à des galaxies dévorées ou passées trop près. Pour l'astronome amateur, ces amas restent invisibles ; ils ne se révèlent que sur les longues poses des grands télescopes, comme une pluie de points autour du noyau.
Le seigneur de l'amas de la Vierge
M87 n'est pas seule : elle domine l'amas de la Vierge, un essaim de 1 300 galaxies et peut-être davantage, à quelque 16,5 Mpc de nous. Elle en occupe pratiquement le centre gravitationnel, entourée d'un chapelet de galaxies plus modestes — M84, M86, M88, M89, M90 — qui font de ce coin de ciel le terrain de chasse préféré des observateurs de galaxies. Son sous-groupe pèse à lui seul environ dix fois plus que les deux autres de l'amas.
Une lumière partie avant les grands singes
La lumière qui forme l'image de M87 sur votre rétine a quitté la galaxie il y a environ 53 millions d'années, quand la Terre sortait à peine de l'extinction des dinosaures. Vous ne voyez pas M87 telle qu'elle est, mais telle qu'elle était bien avant l'apparition de nos ancêtres. C'est l'un des objets les plus lointains qu'un télescope d'amateur atteigne facilement — et l'un des plus instructifs, car presque tout son intérêt tient à ce que la science en a appris, pas à ce que l'œil en perçoit.
Le jalon
La première photo d'un trou noir de l'histoire
Le 10 avril 2019, la collaboration Event Horizon Telescope publie une image qui fait le tour du monde en quelques heures : un anneau orange flou cerclant une tache sombre. C'est la première image directe d'un trou noir jamais obtenue. Le sujet : M87*, le trou noir supermassif tapi au cœur de notre galaxie, une bête de 6,5 milliards de masses solaires. L'anneau, c'est la lumière du gaz brûlant courbée par une gravité démente ; la tache noire au milieu, c'est l'ombre du trou noir, environ deux fois et demie plus large que son horizon des événements. Pour la première fois, l'invisible avait un portrait.
M87* par l'Event Horizon Telescope, 10 avril 2019 — EHT Collaboration (CC BY 4.0)
Comprendre
De l'ombre de 2019 aux champs magnétiques de 2021
Faites glisser le curseur : à gauche, l'anneau de lumière de 2019. À droite, la même région en lumière polarisée, où apparaissent les lignes du champ magnétique qui organise la matière autour du trou noir.
M87* — l'anneau de 2019 puis la vue polarisée de 2021 — vue polarisée : EHT Collaboration (CC BY 4.0, ESO eso2105a)
Aucun télescope unique ne pouvait faire cette image : l'ombre de M87* mesure à peine quelques dizaines de microsecondes d'arc dans le ciel, comme distinguer une orange posée sur la Lune. Les astronomes ont donc relié huit radiotélescopes répartis sur la planète, du Chili au pôle Sud, pour former un instrument virtuel grand comme la Terre — la technique dite d'interférométrie à très longue base. Les données ont été collectées en avril 2017, puis deux années de calcul ont été nécessaires pour reconstruire l'anneau. En mars 2021, la même équipe a dévoilé une seconde image, en lumière polarisée cette fois : les stries qui y apparaissent tracent les lignes du champ magnétique, celui-là même qui, croit-on, propulse le fameux jet. Le trou noir a même reçu un nom hawaïen, Pōwehi, « la source ténébreuse insondable de la création ».
Le jet
Un rayon droit repéré dès 1918
Bien avant qu'on parle de trous noirs, l'astronome américain Heber Curtis remarque en 1918 un « curieux rayon droit » sortant du noyau de M87. Ce trait, c'est un jet relativiste : un faisceau de plasma craché par les abords de M87* et projeté à travers la galaxie sur au moins 5 000 années-lumière (soit environ 1,5 kiloparsec). La matière y file à 80 à 85 % de la vitesse de la lumière. L'effet de perspective est si trompeur que, vu de la Terre, le jet semble se déplacer plus vite que la lumière — une illusion, mais qui a longtemps intrigué. C'est l'un des tout premiers jets extragalactiques découverts, et il rayonne dans tout le spectre, de la radio aux rayons X.
Le jet de M87 par Hubble — NASA & le Hubble Heritage Team (STScI/AURA) (domaine public)
En images
M87 sous ses instruments les plus puissants
À l'oculaire
Ce que vous verrez vraiment, instrument par instrument
M87 selon votre instrument
Avec quoi
Ce que vous atteignez
Jumelles 10×50
sous un ciel noir et sans lune, une minuscule tache floue, à peine distincte d'une étoile mal mise au point
Lunette 60–80 mm
une petite boule diffuse, plus lumineuse au centre — le seuil minimal pour l'accrocher franchement
Télescope 100–150 mm
un disque rond, brillant au noyau, sans le moindre détail ; deux ou trois galaxies voisines dans le même champ à faible grossissement
200 mm
la boule s'affirme et se laisse grossir ; on saute de M87 à M84 et M86 en balayant à 50–80× — un festin de galaxies
300 mm / photo
le halo s'étend, mais le jet reste l'affaire de très grands miroirs sous un ciel d'exception, ou de la pose longue
Aucune ligne ne correspond au filtre.
Repérer
À mi-chemin entre le Lion et l'épi de la Vierge
M87 se cache dans une zone du ciel sans étoile vive, entre le Lion et la Vierge. La méthode la plus sûre : tracer une ligne imaginaire entre Denebola (β du Lion, magnitude 2,1), à la queue du Lion, et Vindemiatrix (ε de la Vierge, magnitude 2,8). À un peu plus de la moitié du chemin se trouve M87, en plein cœur de l'amas de la Vierge. Tout autour s'étire la fameuse Chaîne de Markarian, un arc de galaxies dont M84 et M86 forment la paire la plus brillante, à 1,5° au nord-ouest ; M89 se tient à un peu plus de 1° à l'est. C'est un labyrinthe où l'on se perd sans carte.
La Chaîne de Markarian dans l'amas de la Vierge — Bilbo-le-hobbit (CC BY-SA 3.0)
Repérez la queue du Lion
Au printemps, haut dans le ciel du soir, trouvez Denebola : l'étoile qui marque l'arrière du Lion, à l'opposé de la tête et de Régulus. C'est votre première balise.
Sautez vers l'est jusqu'à Vindemiatrix
Prolongez vers l'est-sud-est jusqu'à Vindemiatrix, une étoile discrète de la Vierge. La ligne Denebola–Vindemiatrix enjambe tout le cœur de l'amas.
Visez le milieu de la ligne
À un peu plus de la moitié du trajet, au chercheur, la zone paraît vide d'étoiles brillantes mais grouille de petites taches : ce sont les galaxies. M87 est l'une des plus lumineuses du lot.
Attaquez au printemps, l'amas au plus haut
En avril–mai, vers 22 h, la Vierge culmine plein sud, loin de l'horizon et de sa turbulence. C'est la seule fenêtre où l'amas se laisse fouiller confortablement.
M87 — carte d'identité
Repère
Valeur
Type d'objet
galaxie elliptique géante (la plus brillante de l'amas de la Vierge)
Constellation
Vierge — à mi-chemin de Denebola (Lion) et Vindemiatrix
Magnitude
8,6
Distance
≈ 53 à 55 millions d'années-lumière (16,4 Mpc)
Taille apparente
≈ 7′ × 7′ (un quart de la pleine Lune)
Saison
printemps — avril-mai, au plus haut au méridien
Instrument minimal
100 mm pour l'accrocher nettement ; carte indispensable (champ dense)
Aucune ligne ne correspond au filtre.
Un peu d'histoire
De la comète manquée de Messier à l'ombre du trou noir
1781
Charles Messier, en chassant les comètes dans la Vierge, y trouve une flopée de « nébuleuses sans queue » qu'il note pour ne plus les confondre. M87 devient le 87ᵉ objet de son catalogue — un simple flou parmi huit autres repérés la même nuit de mars.
1918
Heber Curtis, à l'observatoire Lick, décrit un « curieux rayon droit » jaillissant du noyau. Il vient de voir, sans le savoir, le premier jet relativiste extragalactique connu.
avril 2017
Huit radiotélescopes du monde entier, du Chili au pôle Sud, observent M87 de concert pour former un télescope virtuel de la taille de la Terre.
10 avril 2019
L'Event Horizon Telescope publie l'anneau de lumière de M87* : la première image directe d'un trou noir de l'histoire, une bête de 6,5 milliards de masses solaires.
mars 2021
La même collaboration dévoile M87* en lumière polarisée, révélant les lignes du champ magnétique qui structurent la matière et nourrissent le jet.
2023
Une image radio réunit pour la première fois, sur un seul cliché, l'ombre du trou noir et la base du jet qu'il propulse.
L'objet dont l'intérêt dépasse l'image
Beaucoup d'objets du ciel profond déçoivent en photo et récompensent à l'œil ; M87 fait l'inverse. Sur les grands instruments, elle livre un anneau de trou noir, un jet de 5 000 années-lumière et une pluie d'amas globulaires. À l'oculaire, elle reste une tache ronde de magnitude 8,6, indistincte de dizaines de ses voisines. Ce n'est pas une faiblesse : c'est une leçon sur ce qu'est réellement l'observation. Vous ne verrez pas le trou noir — mais vous saurez, en pointant ce flou, que vous regardez son adresse exacte dans le ciel.
Pourquoi elle vaut quand même le détour
Justement parce qu'elle est le seigneur de l'amas. Pointer M87, c'est ouvrir la porte d'un des rares endroits du ciel où l'on peut ranger cinq ou six galaxies de Messier dans un même champ et sauter de l'une à l'autre toute une soirée. M84, M86, M88, M89, M90 : autant d'univers-îles à quelques minutes d'arc, chacun peuplé de centaines de milliards d'étoiles. M87 est la clé de voûte de cette moisson — le repère par lequel on entre dans le plus riche amas de galaxies accessible aux amateurs.
L'avis de Luc
Le jet de M87 est hors de portée : il faut 400 mm de miroir et un ciel parfait, et rien ne sert d'espérer autre chose qu'une boule cotonneuse au noyau un peu plus vif à 80× dans un 200 mm. Sa vraie utilité est d'être une balise — on s'y accroche une nuit d'avril sans lune, puis on dérive de 1,5° vers le nord-ouest jusqu'à M84 et M86, et cinq galaxies de Messier s'enchaînent en une heure. Sans une carte du secteur, on tourne en rond au milieu de vingt taches identiques.
Quel instrument pour accrocher M87 et ses voisines ?
Un 100 mm suffit à poser M87 dans le champ, mais c'est en balayant l'amas de la Vierge d'une galaxie à l'autre qu'un bon télescope se révèle. Nos choix par usage et par budget.
Quel télescope pour fouiller l'amas de la Vierge ? M87 s'accroche dès 100 mm, mais sauter de galaxie en galaxie demande de la clarté et un bon chercheur : nos choix par usage et budget. Se repérer dans le ciel de printemps Denebola, Vindemiatrix, la Chaîne de Markarian : la carte pour ne pas se perdre dans le labyrinthe de galaxies de la Vierge. 
Observer le ciel profond Pourquoi une galaxie comme M87 reste une tache grise à l'œil quand la photo révèle un trou noir : ce que chaque diamètre montre vraiment.