Les mystérieux trous noirs

Les mystérieux trous noirs font fantasmer l’imaginaire, écrire des romans de science fiction et glisser les crayons des peintres. Et il y a de quoi! Ces étrangetés cosmologiques sont des régions de l’espace où la force de gravité est tellement élevée que même la lumière ne peut lui échapper

Les mystérieux trous noirs, une idée du 18ème siècle

Nous avons commencé à en entendre parler depuis que Einstein a dévoilé ses découvertes sur la relativité générale. Ce n’est pas nouveau! Il confirmait alors l’intuition de deux astrologues qui avaient déjà émis l’idée de l’existence des trous noirs: le révérend John Michell et le marquis Pierre-Simon de Laplace. Depuis, les astrologues ont considérablement avancé sur la compréhension de leur formation et sur leur description. Les formidables outils que sont les mathématiques et les télescopes d’observation leur permettant de créer des simulations  et de fournir des explications, bref: de démystifier les trous noirs. Subrahmanyan Chandrasekhar, Alain Riazuelo, Jean-Pierre Luminet et d’autres astrophysiciens, expliquent ce phénomène dans un langage vulgarisé et accessible à tous.

Description d’un trou noir

Un trou noir est une zone de l’espace hyper massive, attirant à elle toute matière qui s’en approche de près, même les particules lumineuses: ce qui le rend invisible, d’où son appellation. Il fait quelques dizaines de kilomètres de diamètre lorsqu’il s’agit d’un trou noir stellaire (issu de la destruction d’une étoile).

Formation d’un trou noir

Il existe deux origines aux trous noirs. La première est la mort d’une étoile massive et la deuxième est la présence pure et simple de ces objets dans les zones les plus denses des galaxies.

Dans le premier cas, une étoile supermassive en fin de vie, va aboutir à un trou noir:

Une étoile est vouée à brûler son carburant, l’hydrogène, durant toute sa vie. Sa masse importante génère une force de gravitation qui attire les particules qui la composent vers son centre; son noyau. La combustion va « repousser » les particules vers l’extérieur, empêchant ainsi l’effondrement de toute sa matière vers le noyau.
Lorsque l’étoile a épuisé tout son carburant, le champ gravitationnel prend le dessus et l’étoile s’effondre alors sur elle même. Le noyau, dans le cas d’étoiles supermassives, atteint une densité telle qu’il aboutit à l’objet le plus dense que nous connaissions: le trou noir.

Observation des trous noirs

Les trous noirs sont… noirs! Leur taille est minuscule comparée aux objets du ciel, quelques dizaines de Kms de diamètre seulement. Bref, leur observation directe est aujourd’hui impossible. Diantre!

Par chance, Albert Einstein a donné des clés avec la théorie sur la gravitation générale qui se révèlent bien utiles!
La gravitation générale dit que l’espace se courbe dans les régions où se trouve un objet massif. Si il se courbe, cela signifie que les objets que l’on observe ne sont pas là où on les observe mais là où la courbe les positionne.

L’objet massif va créer ce que l’on appelle une lentille gravitationnelle qui dévie les rayons lumineux. C’est donc un mirage que l’on peut observer.

Copyright: Nasa, Esa

Cette image révèle une supernova (points jaunes) derrière une galaxie très massive qui déforme l’espace dans son entourage. La supernova devient visibles par la déviation du rayon lumineux. Ici, l’effet de lentille gravitationnelle renvoie 4 images de la supernova qui forment une croix d’Einstein.

Illustration: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: NASA/CXC/MPE/S.Komossa et al.; Optical: ESO/MPE/S.Komossa

Il est donc possible d’observer les trous noirs en observant leur entourage.

Cette image révèle l’absorption d’une étoile par un trou noir. Ce n’est pas le phénomène de lentille gravitationnelle qui nous permet d’observer le trou noir ici mais son influence d’attraction sur l’étoile voisine.