Un trou noir est un objet situé dans l’espace si dense que rien ne peut échapper à sa gravité. Toute la matière y est attirée, et même la lumière ne peut y échapper. Il continue de se compresser jusqu’à devenir un point extrêmement petit et dense appelé singularité. Autour de ce point, se forme une zone invisible appelée l’horizon des événements, où tout ce qui entre ne peut plus sortir. Cet horizon est à la fois sa surface et un point de non-retour selon la définition donnée par Futura Sciences.
Ces entités cosmiques ont été évoquées dès le XVIIIᵉ siècle par John Michell et Pierre-Simon Laplace, bien avant que la physique moderne ne donne une base théorique à ces concepts. Ceux-ci n’ont été reconnus scientifiquement que bien plus tard, au XXᵉ siècle, grâce aux travaux de plusieurs physiciens. Parmi, ceux-ci, John Wheeler est un physicien américain qui a popularisé le terme « trou noir » en 1967, enracinant le concept dans la culture scientifique.
Comprendre les trous noirs
L’étude des trous noirs a pris un tournant décisif grâce aux travaux de Subrahmanyan Chandrasekhar, physicien et mathématicien indien et lauréat du prix Nobel de physique de 1983. Armé des principes de la relativité générale (formulée par Albert Einstein), il est le premier à avoir mis en lumière le processus de formation des trous noirs.
Tout démarre à partir du moment où le cœur d’une étoile massive (environ huit fois la taille du Soleil) s’effondre sous l’effet de sa propre gravité après avoir épuisé l’entièreté de son combustible nucléaire. Ce processus d’effondrement gravitationnel peut se produire très rapidement à l’échelle du temps cosmique, parfois même en quelques secondes. Ce dernier créé alors une concentration de masse extrême dans un volume infiniment petit. La gravité y est si forte que plus rien ne peut s’en échapper : un trou noir est né.
Que se passerait-il si vous tombiez à l’intérieur d’un trou noir ? Eh bien la question reste encore en suspens, nous n’en savons rien. Pour un observateur extérieur, toute information sur ce qui se passe à l’intérieur du trou noir est perdue. Ce dernier a une masse si forte qu’il distord la matière et même le temps.
Selon nos connaissances actuelles, il est fort probable qu’une personne tombant à l’intérieur d’un trou noir soit complètement étirée puis déchiquetée en particules élémentaires, qui elles-mêmes contribueraient à augmenter la masse du trou noir. Un processus théorique connu sous le nom de spaghettification, qui est « l’étirement vertical se produisant lorsque des objets traversent des champs gravitationnels extrêmes » selon la définition donnée par Brice Louvet pour le site Sciencepost.
Néanmoins, la chaîne YouTube Stargaze a produit une simulation visuelle montrant en vue à la première personne si l’on tombait dans un trou noir. C’est assez effrayant, comme vous pouvez le voir ci-dessous.
Observer l’invisible
Par nature, les trous noirs sont invisibles, ce qui est un paradoxe important pour les astronomes : comment étudier ce qui ne peut être vu ? Plutôt que d’observer directement un trou noir, on observe leur influence gravitationnelle sur leur environnement. Grâce à des télescopes spécialisés, il est possible d’observer les rayonnements de haute énergie qui se produisent lorsque de la matière (gaz, étoiles, poussières cosmiques) s’approche d’un trou noir.
Les trous noirs sont classés en plusieurs catégories selon leur masse. Les trous noirs stellaires sont formés par l’effondrement gravitationnel d’étoiles massives et pèsent au moins trois fois la masse du Soleil. Les trous noirs supermassifs quant à eux, pèsent plusieurs millions, voire plusieurs milliards de fois la masse de notre étoile. Notre galaxie en contient un, Sagittarius A*, pris en photo pour la première fois en 2022.
En avril 2019, le projet Event Horizon Telescope (EHT) a permis pour la première fois de notre histoire de visualiser une image directe d’un trou noir, baptisé M87*, que l’on peut admirer sur la photo ci-dessous.
La masse des trous noirs intermédiaires, un autre type, est comprise entre 10 et 10 000 masses solaires. Cette catégorie fait encore l’objet de débat au sein de la communauté scientifique concernant leur réelle existence. D’autres catégories existent également : les primordiaux (nés pendant le Big Bang) et les dormants, qui sont un peu à part puisqu’ils ne sont pas réellement un type de trou noir, mais plutôt un état évoluant avec le temps.
Depuis les premières spéculations théoriques il y a trois siècles, l’étude des trous noirs est aujourd’hui devenu un domaine d’investigation scientifique rigoureux. Ces objets cosmiques sont loin d’être de simples curiosités, mais représentent aujourd’hui un champ essentiel ; un terrain d’expérimentation unique afin de tester les limites de nos théories de la gravité et de la mécanique quantique. Ils sont également des laboratoires naturels exceptionnels pour comprendre davantage comment l’espace et le temps sont tissés ensemble. Leur physique unique nous fournit par ailleurs des indices de première importance sur les conditions de l’Univers, peu après le Big-Bang.
- Les trous noirs sont des objets célestes nés de la mort d’une étoile et dotés d’une force gravitationnelle titanesque.
- On soupçonnait leur existence au XVIIIᵉ siècle déjà, mais seulement les avancées scientifiques du XXᵉ ont permis une compréhension en profondeur de leur nature.
- Actuellement, ils sont des objets d’étude très important pour la communauté scientifique.
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