Par Victor Marchandise, année 12
Les trous noirs sont certainement le phénomène le plus mystérieux de l’univers. On ne saura peut-être jamais ce qu’il y a à l’intérieur de ce corps dont on ne connaît pas l’apparence puisque même la lumière ne peut y échapper.
Lorsqu’une étoile massive (plusieurs fois plus massive que le soleil) arrive à la fin de son cycle, son noyau s’effondre sur lui-même quand il ne reste plus de “carburant” stellaire à brûler. Cela cause l’expulsion des couches externes et entraîne une gigantesque explosion. C’est la formation d’un des plus beaux et brillants phénomènes de l’univers: une supernova. Mais la partie la plus fascinante est ce qui se passe au niveau du noyau de l’étoile. Celui-ci va s’effondrer sur lui-même et devenir bien plus dense. L’étoile gigantesque du départ devient un corps extrêmement petit et tout le reste de la matière (ce qui n’est pas échappé lors de la supernova) est concentré en un petit point appelé une “singularité”. Ce point devient le centre du trou noir. Pour donner un ordre d’idée, il faudrait écraser la Terre en un petit carré de sucre pour qu’il ait la même densité de matière que la singularité d’un trou noir. Si le soleil se transformait en trou noir, ce trou noir aurait alors un rayon de 3 km. Cela comprendrait toute la zone “noire”, c’est-à-dir la singularité et “l’horizon des événements” (la partie qui apparait noir). Cela provoquerait un climat sombre et froid mais l’orbite de la Terre serait inchangée puisque nous sommes assez loin du soleil. Mais etant donné sa petite taille, le soleil ne peut pourra pas former un trou noir à la fin de sa vie. Néanmoins, il est important de comprendre qu’un trou noir n’aspire pas tout tant qu’on est assez loin de lui. Mais lorsqu’on commence à subir son champ gravitationnel et qu’on passe cet horizon des événements, il est impossible de s’en libérer puisque la vitesse dont on aurait besoin pour se libérer du trou noir est supérieure à la vitesse de la lumière, la plus grande vitesse possible d’après les lois de l’univers. Donc nous comprenons d’où vient ce nom de trou noir: même la lumière ne peut pas y échapper.
Puisque les trous noirs sont invisibles(car la lumière ne peut pas s’échapper), il faut se demander comment les repérer. En réalité, les astronomes essayent de repérer les disques d’accrétion et les jets formés autour des trous noirs. Autrement dit, ils observent des milliers de corps qui subissent un champ gravitationnel sans trouver quel est l’objet qui cause ce champ. Ils savent alors que c’est un trou noir. On connaît aujourd’hui de nombreux trous noirs comme celui au centre de notre galaxie, Sagittarius A*.
La photo ci-dessous représente la première image d’un trou noir. C’est le trou noir M87* (situé à 55 millions d’années lumières de la Terre) qui a été pris par des télescopes répartis tout autour de la terre qui sont utilisés en réseau pour former un seul télescope qui fait la taille de la terre. Le trou noir est au centre, et ce qui l’entoure est du gaz surchauffé expulsé du trou noir.
Il y a différents types de trous noirs: les trous noirs stellaires, intermédiaires et supermassifs. Les trous noirs stellaires sont les plus communs et leurs masses sont de 10 à 20 fois celle du soleil. Les trous noirs supermassifs sont les plus grands et les plus intéressants. Leur masse est équivalente à des millions voire des milliards de fois celle du soleil. On ne sait pas exactement comment ils se forment mais beaucoup de physiciens avancent l’hypothèse que c’est le résultat de deux trous noirs qui fusionnent en s’avalant eux-mêmes. Plus un trou noir est massif, plus sa singularité est froide. Celle d’un trou noir supermassif est très proche du 0 Kelvin (-273,15℃). Par contre, la température de l’horizon des événements est très chaude puisque les gazs qui y pénètrent ont une température qui peut atteindre les millions de degrés.
Les trous noirs peuvent aussi fusionner avec des étoiles à neutrons (qui sont eux aussi le résidu de l’éffondrement d’une étoile massive) pour former un trou noir plus grand. Mais les physiciens ne savent pas exactement comment ce phénomène se produit. Par contre, ils arrivent à détecter ce phénomène puisque, lorsque les deux corps fusionnent, ils émettent une grande quantité d’ondes électromagnétiques qu’on arrive à percevoir depuis la terre grâce à des images prises par des satellites. En effet, ces ondes perturbent les gaz chauds qui entourent le trous noirs et, puisqu’on peut observer le comportement d’un gaz depuis la terre, on peut comprendre quel phénomène agit sur lui. C’est le même processus qui est appliqué pour détecter la fusion de deux trous noirs. Il y a tout de même un mystère à percer: comment une étoile à neutrons et un trou noir peuvent ils fusionner ? C’est une question difficile à laquelle personne n’a la réponse exacte mais certains avancent l’hypothèse que deux étoiles massives étant en orbite l’une autour de l’autre sont devenus à la fin de leur vies un trou noir et une étoile à neutrons qui fusionnent ensuite.
Les trous noirs sont donc très mystérieux, fascinants et sont de véritables casse-têtes pour les physiciens qui essayent de les comprendre. Même si nous faisons de plus en plus de découvertes grâce aux progrès technologiques, certains mystères se révèlent être très difficile à percer.
