Les trous noirs, terrifiantes attractions (Néophytes)

Les trous noirs sont des objets célestes fascinants. Si fascinants que beaucoup se sont saisis du sujet sans le connaître, dépassant de loin les cadres de ce qui est prouvé scientifiquement. Et de quoi pourrait-on les accuser ? D'avoir laissé leur imagination déborder sur leurs travaux, alors qu'ils manipulaient les objets les plus intriguant que l'Univers nous a offert ? Comment auraient-ils pu résister à l'envie de dépasser le cadre de la réalité, quand ils écrivaient, réalisaient, parlaient de véritables monstres célestes, dévorant tout jusqu'à la lumière et dont certains disent qu'ils seraient potentiellement des ponts vers d'autres univers ? 

Face à cet imaginaire commun si fertile, les scientifiques luttent pour désamorcer et rationaliser l'emballement populaire autour des trous noirs : Christophe Galfard l'a fait il y a peu sur Konbini. Le but de cet article est de vous permettre d'avoir quelques clés de compréhension sur les trous noirs, pour pouvoir en discuter sans dire trop de bêtises. Je ne suis cependant pas scientifique : c'est un avantage, autant qu'un inconvénient. Vous voilà avertis : plongeons maintenant dans les trous noirs. 

Qu'est ce que n'est pas un trou noir ?

Un trou noir n'est pas un trou (ou en tous cas, pas en l'état actuel de la science). Bon, concrètement, on n'en sait trop rien : on ne sait pas ce qu'il se passe au cœur d'un trou noir. Pour l'instant, le trou noir a une masse, c'est un objet céleste, visible (enfin, on peut le deviner et voir ses effets) et qui agit autour de lui. Son seul côté "trou", et qui explique cette terminologie, c'est qu'un trou noir ne laisse pas échapper la matière. Il pourrait autant être un trou qu'un tunnel ou encore qu'un simple astre à la force de gravitation exceptionnelle.

Pour autant, un trou noir n'est pas une étoile, et encore moins une étoile noire. Il n'y a pas de fusion nucléaire (le carburant des étoiles) en son sein. Le trou noir est repérable grâce à son disque d'accrétion qui ressemble aux anneaux de Saturne. Le terme noir vient du fait que la lumière ne peut s'en échapper : la gravité y est si forte que le trou noir ne laisse pas échapper ni la matière, ni la lumière.

Un trou noir n'est pas un aspirateur géant : un trou noir n'est pas un truc qui vogue de galaxie en galaxie pour aspirer le moindre objet qui aurait le malheur de passer à côté de lui. Sa portée est bien plus faible que ce que l'on peut croire. Si un trou noir de la masse du Soleil prenait sa place (il serait alors infiniment plus petit), celui-ci, entre grands guillemets, "n'aspirerait" pas au-delà de trois fois le rayon de la sphère à partir de laquelle la lumière ne s'échappe plus. Nous autres les planètes du système trounoiraire conserveraient notre place habituelle... Bon, par contre, on aurait beaucoup plus froid !

Mais alors c'est quoi un trou noir Jamy ?

Un trou noir, c'est un objet astrophysique qui se trouve dans tout l'Univers. Pour l'instant, il semble qu'une grande partie des trous noirs résultent de la mort d'une étoile. Ce sont les trous noirs stellaires. La mort d'une étoile, c'est quand tout son carburant (qui résulte de la fusion nucléaire, quand des atomes s'associent à d'autres) est consommé. 

Si elle est suffisamment massive (dix fois la masse de notre soleil !), elle va laisser derrière elle un cœur, qui va continuer de s'effondrer sur lui-même en un seul point ultra-massif et minuscule, la singularité gravitationnelle. Concrètement : si on concentrait la masse de la terre dans un volume de quelques millimètres cubes, on obtiendrait un trou noir. 

La structure d'un trou noir 

Un trou noir est composé de plusieurs éléments.

La singularité, dont nous venons de parler, est au cœur du trou noir. C'est son élément le plus intrigant, car on ne sait pas ce qu'il s'y passe. À l'intérieur, les règles de la physique telle que nous la connaissons ne s'explique pas... et c'est à la physique quantique, qui s'intéresse à l'infiniment petit, de prendre le relais et d'essayer de déterminer ce qu'il peut se passer à cette échelle. 

Le disque d'accrétion, c'est la matière qui gravite autour d'un trou noir. Les rayons de lumières, les étoiles, les planètes, les comètes, qui sont trop proches du trou noir sont de plus en plus attirés vers lui, de plus en plus rapidement, jusqu'à passer l'horizon des événements.

L'horizon des événements, c'est le moment où la lumière n'arrive plus à s'extraire de l'attraction du trou noir. Dès lors, l'ampoule s'éteint : on ne sait pas ce qu'il se passe. 

Combien y en a dans l'Univers ? 

Les trous noirs sont très nombreux, et de différentes tailles. Certains se trouvent aux centres des galaxies. C'est le cas de celui au cœur de notre Voie Lactée. Ceux-ci sont tellement massifs que l'on ne comprend pas encore comment ils se sont formés. D'autres sont plus petits... moins de quinze fois la taille du Soleil. 

Des milliards de trous noirs se trouvent partout dans l'Univers, et notre galaxie abriterait des centaines de millions de trous noirs, au moins un pour... trois mille étoiles !

Léopold Picot

Si vous voulez aller plus loin sur le sujet, on se retrouve à l'article pour amateurs confirmés.