Les trous noirs expliqués simplement
Rien ne peut s’en échapper, pas même la lumière. Les trous noirs comptent parmi les objets les plus étranges de l’Univers. Longtemps restés théoriques, ils sont aujourd’hui observés et même photographiés. Voici l’essentiel pour comprendre de quoi il s’agit.
Un trou noir n’est pas un trou
Contrairement à ce que son nom suggère, un trou noir n’est pas un trou vide : c’est au contraire une quantité énorme de matière concentrée dans un espace minuscule. Sa gravité est si intense qu’au-delà d’une certaine limite, rien ne peut plus s’en échapper, même pas la lumière. C’est pour cela qu’il est « noir ».
Comment se forme un trou noir ?
Les trous noirs les plus courants naissent de la mort d’étoiles très massives, au moins une vingtaine de fois plus lourdes que le Soleil. Quand une telle étoile a épuisé son carburant, son cœur s’effondre sur lui-même pendant que ses couches extérieures sont projetées dans une gigantesque explosion, une supernova. Si le cœur restant est assez massif, rien n’arrête son effondrement : un trou noir est né.
Notre Soleil, lui, est beaucoup trop léger : il terminera sa vie en naine blanche, un petit astre très dense qui refroidira lentement.
L’horizon des événements : le point de non-retour
Autour d’un trou noir existe une frontière invisible appelée horizon des événements. Tant qu’un objet reste à l’extérieur, il peut encore, en théorie, s’échapper. Une fois cette limite franchie, il ne peut plus jamais ressortir. Pour un trou noir de la masse du Soleil, cet horizon ne ferait que quelques kilomètres de rayon.
Point important : un trou noir n’« aspire » pas tout ce qui l’entoure comme un aspirateur géant. À bonne distance, il attire les objets comme n’importe quel astre de même masse. Si le Soleil était remplacé par un trou noir de même masse, les planètes continueraient de tourner autour de lui sur les mêmes orbites (mais il ferait très froid !).
Des monstres au cœur des galaxies
Au centre de la plupart des grandes galaxies se cachent des trous noirs supermassifs, des millions voire des milliards de fois plus massifs que le Soleil. Celui de notre galaxie s’appelle Sagittarius A* : il pèse environ 4 millions de masses solaires. En suivant pendant des années le mouvement des étoiles qui tournent autour, des astronomes ont démontré sa présence, ce qui leur a valu le prix Nobel de physique en 2020.
La première photo d’un trou noir
En avril 2019, la collaboration internationale Event Horizon Telescope, qui relie des radiotélescopes répartis sur toute la planète pour former un télescope virtuel de la taille de la Terre, a publié la première image d’un trou noir : celui de la galaxie M87. On y voit un anneau lumineux de matière très chaude entourant une zone sombre, l’« ombre » du trou noir. En 2022, la même équipe a dévoilé l’image de Sagittarius A*.
Des ondes dans l’espace-temps
Quand deux trous noirs tournent l’un autour de l’autre puis fusionnent, ils font vibrer l’espace-temps lui-même. Ces ondes gravitationnelles, prédites par Albert Einstein, ont été détectées pour la première fois en septembre 2015 par les instruments LIGO, aux États-Unis. Depuis, les détecteurs LIGO et Virgo (installé en Italie, avec une forte participation française) en ont enregistré de nombreuses autres.
Saute d’orbite en orbite, esquive les météorites et voyage jusqu’à la galaxie d’Andromède.