trou noir

1

Présentation

trou noir, région de l'espace dotée d'un champ gravitationnel si fort qu'aucun corps ni aucun rayonnement ne peut s'échapper de son voisinage.

Cette région a une limite sphérique appelée horizon, ou surface du trou noir, que la lumière peut traverser sans pouvoir en sortir. Ainsi, cette région apparaît noire. Un tel champ peut être créé par un corps de haute densité et de masse relativement petite — égale ou inférieure à celle du Soleil — comprimée dans un volume très petit, ou bien par un corps de faible densité et de masse très importante.

2

Formation

Les trous noirs peuvent se former au stade final de l'évolution d'une étoile massive. Le trou noir apparaîtrait à la suite de la contraction gravitationnelle de la masse de l'étoile lorsque cette masse atteint plusieurs fois la masse du Soleil. En effet, dans ce cas, l'étoile s'effondre indéfiniment sur elle-même, aucune pression ne pouvant enrayer cette évolution. Le trou noir obtenu est alors extrêmement dense.

3

Propriétés

L'existence des trous noirs fut prédite en 1916 par l'astronome allemand Karl Schwarzschild, sur la base de la théorie de la relativité générale. La notion classique d'espace-temps n'a plus de signification à proximité d'un trou noir. Un corps ou un rayonnement qui pénètre dans un trou noir ne peut théoriquement plus en sortir en raison de la force gravitationnelle considérable du trou noir (voir Gravitation). Ainsi, un trou noir déforme la structure de l'espace-temps dans son voisinage. On peut comparer cette déformation de l'espace à celle que produirait un tourbillon, dont le centre serait le trou noir.

Les propriétés des trous noirs sont extraordinaires. Un trou noir stationnaire est complètement défini par trois paramètres : sa charge électrique, sa masse et son moment cinétique.

4

Détection

L'un des objectifs de nombreux astrophysiciens est la mise en évidence des trous noirs. En effet, ces derniers sont invisibles, car ils retiennent la lumière. Cependant, on peut détecter indirectement un trou noir par l'attraction gravitationnelle et les effets électriques qu'il exerce sur les astres environnants. Par exemple, les astronomes ont découvert une source de rayons X dans la constellation du Cygne, Cygnus X-1, associée à un système stellaire binaire dont la composante connue est une supergéante bleue. Il semble que celle-ci tourne autour d'un compagnon invisible, dont la masse atteint dix fois celle du Soleil. Ce compagnon n'est donc pas une étoile à neutrons ; il s'agit probablement d'un trou noir. Les rayons X observés sont émis lorsque le trou noir aspire l'enveloppe gazeuse du compagnon stellaire.

Il semblerait également qu'une source de rayons X située dans une galaxie voisine de la nôtre, le Grand Nuage de Magellan, et qu'une autre source de rayons X située dans la constellation de la Licorne soient également des trous noirs. D'après de nombreux astrophysiciens, les noyaux des plus grandes galaxies contiendraient des trous noirs dont la masse pourrait atteindre dix milliards de fois celle du Soleil. Ces trous noirs constitueraient des quasars.

En 1994, le télescope spatial Hubble découvrit l'existence d'un trou noir au centre de la galaxie M87. L'accélération élevée des gaz dans cette région indique en effet la présence d'un corps ou d'un groupe de corps dont la masse totale est comprise entre 2,5 millions et 3,5 milliards de fois la masse du Soleil.

D'après le physicien britannique Stephen Hawking, de nombreux trous noirs seraient apparus lors de la formation de l'Univers. S'il en est ainsi, la plupart de ces trous noirs sont trop éloignés de toute matière pour pouvoir former des disques d'accrétion décelables ; cependant, ils représenteraient une portion significative de la masse totale de l'Univers. Hawking a également supposé que les trous noirs forment des « couloirs d'échappement » vers d'autres univers distincts du nôtre.