Un trou noir est une région de l'espace dont le champ gravitationnel est si intense qu'il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s'en échapper. Un trou noir est créé après la mort d'une étoile très massive.
Au centre d'un trou noir se situe une singularité gravitationnelle. Pour tout type de trou noir, cette singularité est « cachée » du monde extérieur par l'horizon des événements.
Les trous noirs jouent aujourd'hui un rôle crucial non seulement en astrophysique mais aussi en physique des particules, et en particulier dans les théories essayant d'unifier la relativité générale et la physique quantique.
La plupart des trous noirs, quelle que soit leur taille, apparaissent lorsqu'une étoile géante manque d'énergie. L'étoile implose et son centre s'effondre sous son propre poids. Cela provoque une explosion appelée une supernova (pour voir à quoi ressemble une supernova, regarde la vidéo ci-dessous !).
Son nom est trompeur, le trou noir n'a rien d'un trou ! Il provient de la mort d'une étoile, mais seulement d'une étoile suffisamment massive (plusieurs fois la masse du Soleil). Quand elle arrive en fin de vie, cette étoile s'attire sur elle-même et parvient à résister à cette attraction en brûlant de l'hydrogène.
On estime ainsi que les trous noirs résidus stellaires commenceront à s'évaporer dans cent milliards de milliards d'années et les trous noirs supermassifs dans un milliards de milliards de milliards de milliards d'années.
La matière qui entre dans le trou noir se retrouverait comprimée dans un même point central, une singularité gravitationnelle. Nos conceptions du temps et de l'espace s'effondrent dans cette singularité.
Le principe d'un trou noir est que sa force gravitationnelle est tellement forte que rien ne peut en ressortir, même pas les rayonnements électromagnétiques (lumière visible, rayons X, gamma, etc.) qui se déplacent dans le vide à la vitesse de la lumière.
Une horloge avancerait à un rythme plus lent. En quelque sorte, donc, les trous noirs ralentissent le temps. Cet effet est tellement important que, si notre observateur lance un objet dans la direction du trou noir, il ne le verra jamais pénétrer à l'intérieur du trou noir.
Il s'appelle Chuck Clark et il est l'un des meilleurs cosmonautes de la Nasa, l'organisme responsable de la recherche spatiale aux Etats-Unis. Dans 5 ans, cet Américain de 32 ans va vivre une aventure incroyable et très risquée : il s'est porté volontaire pour être le 1er homme à entrer à l'intérieur d'un trou noir !
1783 : dans le cadre de la théorie corpusculaire de la lumière, John Michell énonce la première notion de trou noir newtonien (appelées « Étoiles foncées ») (en se servant des lois de Newton de la gravitation).
Grâce au télescope Hubble, un trou noir vient d'être découvert à quelques encablures de notre planète après douze années de recherche. Situé à seulement 6.000 années-lumière de la Terre, il a été repéré au cœur de Messier 4, un amas globulaire dans la constellation du Scorpion.
Cela peut sembler effrayant, mais ce n'est pas le cas. Vous n'avez pas à craindre les trous noirs. Plus de 100 millions de trous noirs errent probablement dans notre galaxie à eux seuls, et ce sont des objets fascinants dans le cosmos.
Le premier trou noir fut détecté en 1971 dans la constellation du Cygne. En 1974, Bruce Balick et Robert L. Brown détectent un astre extrêmement massif au centre de la Voie Lactée qu'ils baptisent Sagittarius A*. Il a fallu attendre la fin des années 1990 pour que sa nature de trou noir supermassif soit prouvée.
Imaginons que l'on puisse avoir un trou noir équivalent à une masse solaire, même si ce n'est pas possible (il faut une masse minimale pour que les trous noirs puissent se former, située entre 3 et 5 masses solaires). Sa température serait « de l'ordre d'un dix-millionième de kelvins ».
C'est mission impossible. Le trou noir, c'est une sphère… noire dont aucun rayon lumineux ne peut sortir. En revanche, la matière qu'il aspire forme un disque très lumineux autour de lui.
Généralement, les trous noirs sont considérés comme sphériques. Et si un corps massif non sphérique venait à s'effondrer, quel serait le résultat ?
Le trou noir est tellement massif qu'il déforme l'espace-temps. Quand la lumière passe à côté, au lieu d'aller sur une ligne droite, elle va être courbée. C'est ce qu'appelle une géodésique de l'espace -temps. Plus le trou noir est compact, plus il est massif, plus la trajectoire de la lumière va être déviée.
Un trou noir ne tourne pas forcément
Malgré son nom, n'allez pas imaginer un espace vide. Un trou noir est une région de l'espace où le champ gravitationnel est si intense que toute matière qui y pénètre (même la lumière) ne peut plus en sortir. Autour du trou noir, la matière qu'il gobe se déplace en orbite.
De la difficulté de détecter le rayonnement de Hawking
Le trou noir s'évapore avec une température de rayonnement inversement proportionnelle à sa masse, ce qui fait que l'évaporation est d'autant plus rapide que le trou noir est petit.
La lumière noire ou lumière de Wood (du nom de l'inventeur Robert William Wood), est une lumière composée de violet (avec un léger pic autour de 405 nm de longueur d'onde mais peu éclairant) et de proche ultraviolet (principale composante autour de 375 nm ) dans une bande spectrale quasi continue.
En 2019, l'astronomie vibrait d'un événement historique : la première véritable photographie d'un trou noir. Avec M87* (au centre de la galaxie Messier 87), on découvrait alors enfin à quoi ressemblent réellement ces objets cosmiques qui avaient été simplement postulés il y a plusieurs décennies.
Mauvaise nouvelle pour la Terre
Les forces gravitationnelles responsables de la spaghettification entreraient en action : la surface du globe la plus proche du trou noir serait soumise à une force bien supérieure à celle qui s'exercerait de l'autre côté, entraînant l'arrêt de mort de la planète.
Surnommé « la Licorne », cet étrange objet stellaire semble être le plus petit trou noir jamais découvert. Il pourrait aider les astrophysiciens à résoudre l'un des plus grands mystères de l'univers. À près de 1 500 années-lumière de la Terre, un petit trou noir orbite autour d'une étoile géante.