L’espace arbore énormément de mystères que nous découvrons au fur et à mesure que nous progressons en termes de technologie et de science. Les trous noirs, ces objets célestes si étranges que même l’astrophysique galère encore à expliquer, ont toujours hanté l’esprit d’un bon nombre de scientifiques du domaine.

Certes, leur existence a déjà été prédite par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein mais il est pratiquement impossible de les observer directement. Il est tout de même possible d’observer leur influence sur leur entourage et ainsi décortiquer leur nature.

La naissance des trous noirs

En réalité, les trous noirs ne sont pas des objets célestes apparent mais simplement le résultat d’une compression extrême de la matière. Par exemple, si on compresse le soleil en une sphère qui ne dépasserait pas les trois kilomètres de rayon alors il deviendra un trou noir. Ceci est parfaitement valable pour la terre également, à condition de la compresser dans un volume de quelques millimètres cubes.

En d’autres termes, n’importe quelle matière peut devenir un trou noir si la compression dépasse son rayon Schwarzschild .

Concernant les trous noirs qui se forment dans l’univers, c’est quelque chose qui se produit au moment où une étoile supergéante meurt. Comme nous l’avons expliqué dans un article précédent, arrivé à un moment où une étoile aura consommé son carburant de fusion nucléaire (hydrogène – hélium) elle aura beaucoup de mal à maintenir l’énorme pression gravitationnelle des couches externes. Elle s’effondre sur elle-même compressant ainsi toute la matière dense qu’elle contenait en un point extrêmement petit et extrêmement dense connu sous le terme de singularité. Cette gigantesque quantité de matière qui se retrouve compressée à une échelle subatomique aura pour effet de provoquer des courbures dans l’espace-temps.

Pour rappel, le concept d’espace-temps a été introduit via la théorie de la relativité générale d’Einstein, c’est-à-dire que le temps et l’espace sont entre liés. En d’autres termes, quand un objet est très dense il va provoquer des courbures dans l’espace qui s’exprimera sous la forme de gravité et des courbures dans le temps en le ralentissant.

En résumé, pour qu’une étoile s’effondre sur elle-même en nous donnant un trou noir elle doit être très massive. Cette classe d’étoiles est qualifiée d’étoiles supergéantes dont la masse généralement varie de 10 à 70 masses solaires.

La nature des trous noirs

Contrairement à ce que leur appellation suggère, les trous noirs ne sont pas des trous à deux dimensions comme on peut l’imaginer. Ils absorbent de la matière de tous les sens et donc c’est des trous sphériques. Ils n’ont pas de couleur mais le fait que leur gravité est infinie ils absorbent même la lumière.

L’illustration suivante vous aidera à mieux les imaginer :

L’horizon des événements  

Ce concept représente le point du non-retour. Plus on s’approche d’un trou noir plus l’espace-temps se courbe (la gravité s’intensifie graduellement et le temps ralenti) et à un moment donné on atteindra un point où les courbures deviennent extrêmement importantes. C’est là que la gravité devient infinie et que le temps s’arrête, c’est d’ailleurs ce point précis qui définit les trous noirs.

Comment peut-on les observer alors ?

Les trous noirs n’émettent pas de lumière car ils absorbent tout ce qui est susceptible de se présenter, ils sont donc invisibles. Toutefois, il est possible d’observer leurs alentour et ça permettrait aussi de déterminer approximativement leur masse ainsi que d’autres éléments.

Cette vidéo représente une observation qui a duré 20 ans et qui concernait le trou noir supermassif se trouvant au centre de notre galaxie (trou noir nommé Sagittaire A). On peut y voir une étoile qui orbite quelque chose d’invisible et qu’à un moment donné sa vitesse d’orbite augmente considérablement. Ce qui peut suggérer qu’elle orbite un objet céleste extrêmement dense et il faut une vitesse d’orbite très élevée pour pouvoir échapper à sa force gravitationnelle.

Dans d’autres scénarios, les trous noirs peuvent être indirectement observés durant leur absorption de matière. Comme vous le verrez sur la vidéo suivante, les trous noirs ont une force gravitationnelle énorme et cette observation est d’une durée de 139 jours :

Des portes vers l’inconnu

Toute une panoplie de théories ont vu le jour afin d’essayer d’expliquer ce qui se trouve à l’intérieur des trous noirs. Ce qui est théoriquement solide ce qu’il y ait une singularité à l’intérieur, d’autres suggèrent que les trous noirs sont peut-être un tunnel vers une région éloignée de l’univers (agissant comme un trou de ver) voir une porte vers un univers complètement différent du nôtre, c’est-à-dire qu’ils agissent comme trous noirs absorbant la matière dans cet univers et la projetant dans un autre sous forme de trous blancs.

Le plus grand problème c’est que les trous noirs sont peut-être le point de contact entre l’infiniment grand et l’infiniment petit. Les deux sont régis par deux grandes théories bien distinctes et qui ne se sont pas en cohérence, à savoir la relativité générale et la physique quantique. Avec le temps et davantage d’observations, nous pourrons probablement apprendre plus sur ces magnifiques mystères parmi tant d’autres présents dans l’univers.