Les mystères de l’Univers
C’est quoi, un trou noir ?
Un endroit d’où même la lumière ne peut pas s’échapper… et dont on a pourtant pris la photo.
Un trou noir, c’est de la matière tassée si fort qu’elle attire tout ce qui passe trop près, même la lumière. Comme la lumière ne peut pas en ressortir, on ne le voit pas : il est noir.
Imagine écraser une montagne entière jusqu’à la taille d’un grain de sable : c’est ce genre de compression ! Beaucoup de trous noirs naissent quand une étoile géante meurt et s’effondre sur elle-même.
Mais ce n’est pas un aspirateur géant qui avale tout l’Univers. De loin, il attire comme une étoile ordinaire. C’est seulement en s’approchant tout près qu’on ne peut plus repartir.
Un trou noir est une région où la gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut en sortir. Sa frontière s’appelle l’horizon des événements : une fois franchie, impossible de revenir. Un trou noir de la masse du Soleil aurait un horizon de seulement 3 km de rayon !
Les trous noirs « stellaires » naissent de l’effondrement d’étoiles très massives à la fin de leur vie. Les trous noirs « supermassifs », eux, pèsent des millions voire des milliards de soleils et se trouvent au centre des galaxies. Le nôtre, Sagittarius A*, pèse environ 4 millions de soleils.
En 2019, des radiotélescopes répartis sur toute la Terre ont pris la toute première image d’un trou noir : M87*, au cœur d’une galaxie lointaine. On y voit un anneau de gaz brûlant autour d’une ombre sombre. Et non, ce n’est pas un aspirateur : si le Soleil devenait un trou noir de même masse, la Terre continuerait à tourner autour exactement pareil, mais dans le froid et le noir.
Un trou noir est une région de l’espace-temps dont rien ne peut s’échapper, délimitée par une surface appelée horizon des événements. Il découle de la relativité générale d’Einstein : dès 1916, Karl Schwarzschild en trouvait la première solution, dont le rayon est proportionnel à la masse, environ 3 km par masse solaire. Longtemps jugés comme des curiosités mathématiques, les trous noirs sont aujourd’hui observés de multiples façons.
On en distingue deux grandes familles. Les trous noirs stellaires, de quelques à quelques dizaines de masses solaires, naissent de l’effondrement du cœur d’étoiles massives. Les trous noirs supermassifs, de millions à milliards de masses solaires, siègent au centre de la plupart des grandes galaxies. Celui de la Voie lactée, Sagittarius A*, pèse environ 4 millions de masses solaires ; le suivi des orbites stellaires autour de lui a valu le prix Nobel 2020 à Reinhard Genzel et Andrea Ghez.
En 2019, la collaboration Event Horizon Telescope a publié la première image de l’ombre d’un trou noir, M87*, de 6,5 milliards de masses solaires, à 55 millions d’années-lumière. Celle de Sagittarius A* a suivi en 2022. Depuis 2015, les détecteurs LIGO et Virgo captent aussi les ondes gravitationnelles émises lors de fusions de trous noirs.
L’image d’« aspirateur cosmique » est trompeuse. Loin de l’horizon, un trou noir attire exactement comme n’importe quel objet de même masse. Ce qui reste inconnu, c’est son intérieur : la relativité générale y prédit une singularité, signe qu’il faudrait une théorie quantique de la gravité, que nous n’avons pas encore.
Tu te demandes peut-être aussi…
Comment naissent les étoiles ?
Dans d’immenses nuages de gaz froid, la gravité fabrique des soleils.
Le Soleil va-t-il s’éteindre un jour ?
Oui… mais pas avant très, très longtemps. Bien plus longtemps que tout ce que tu peux imaginer.
Comment sait-on tout ça ?
Personne n’est allé sur une étoile. Pourtant, on connaît leur température, leur âge et ce qu’elles contiennent.