Les trous noirs font partie des objets les plus impressionnants et fascinants de l'univers. Les scientifiques tentent de percer leurs mystères, alors même qu'ils sont invisibles et souvent imprévisibles. De quoi est fait un trou noir ?

Un trou noir a été imagé pour la toute première fois en 2019. Cette avancée, attendue par les scientifiques, a été particulièrement médiatisée. L’anneau de feu qui se détache du fond noir de cette première photo a rappelé à quel point les trous noirs sont des objets fascinants et mystérieux, dont les astronomes ont encore beaucoup à apprendre.

Mais qu’est-ce qu’un trou noir exactement ? Quels sont les différents types de trous noirs connus ? Un trou noir peut-il mourir ? La Terre risque-t-elle de croiser un trou noir ? Voici ce qu’il faut savoir sur ces objets astronomiques imprévisibles.

Un trou noir n’est pas un vide

Même si son nom pourrait le laisser supposer, un trou noir n’est pas un endroit de l’espace qui serait vide. Au contraire, un trou noir est une région de l’espace où s’accumule une très grande quantité de matière. Pour se représenter un trou noir, on peut par exemple imaginer la masse d’une étoile, 10 fois plus massive que notre propre Soleil, qui serait contenue dans une sphère faisant le diamètre de la ville de New York, indique la Nasa.

Un trou noir possède un champ gravitationnel, si intense qu’aucune matière qui y pénètre ne peut plus en ressortir, y compris la lumière. C’est pourquoi les trous noirs sont des objets optiquement invisibles. Par contre, il est possible de détecter la matière happée par un trou noir, car elle est chauffée à de très hautes températures. Cette matière forme un disque d’accrétion, qui ressemble à un halo lumineux sur l’unique photo de trou noir qui ait jamais été faite. Le disque d’accrétion tourne (mais le trou noir lui-même ne tourne pas forcément).

Un trou noir, vue d’artiste. // Source : Capture d’écran YouTube Unveiled

Quels sont les différents types de trous noirs ?

Les trous noirs sont habituellement distingués les uns des autres à partir de leur masse.

  • Les trous noirs stellaires : ils représentent généralement entre 10 et 24 fois la masse du Soleil.
  • Les trous noirs supermassifs : ce sont des trous noirs géants, dont la masse représente au moins un million de fois celle du Soleil. Ils peuvent être encore plus imposants : un trou noir de 40 milliards de masses solaires a été mesuré. M87*, le trou noir qui a été photographié, est aussi un trou noir supermassif.
  • Les trous noirs intermédiaires : comme leur nom l’indique, ils sont à mi-chemin entre les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs. Leur masse représenterait quelques milliers de fois celle du Soleil. Leur existence reste encore à prouver de façon irréfutable : des scientifiques ont proposé d’utiliser la « symphonie » de leurs ondes pour tenter de les détecter.

Comment se forment les trous noirs ?

Il est admis que les trous noirs stellaires naissent lorsqu’une étoile s’effondre sur elle-même. Cette étoile doit être suffisamment massive pour former un trou noir : notre Soleil ne pourrait pas en devenir un, par exemple. Pour former un trou noir stellaire, il faut que le noyau résiduel laissé par l’étoile soit supérieur à trois masses solaires.

La formation des trous noirs supermassifs fait l’objet de débats scientifiques. On peut supposer que la formation de ces trous noirs géants a lieu sur de longues échelles de temps, compte tenu de leur taille. Pourtant, on sait que des trous noirs supermassifs étaient déjà présents dans l’univers encore jeune. Ces objets n’ont donc pas pu se former par accrétion d’étoiles (en « gobant » la matière d’étoiles, ce qui leur permet de grossir).

La formation des trous noirs intermédiaires serait quant à elle expliquée par une réaction en chaîne : une collision d’étoiles situées dans des amas très denses, qui entraînerait une accumulation d’étoiles très massives. Leur effondrement donnerait naissance à des trous noirs de masse intermédiaire. La fusion de trous noirs intermédiaire pourrait même donner naissance à des trous noirs supermassifs.

Qu’y a-t-il à l’intérieur d’un trou noir ?

Même s’il est fortement déconseillé de visiter un trou noir (la Nasa l’a rappelé dans une vidéo beaucoup trop mignonne), on peut se demander ce qui se trouve à l’intérieur de ces étranges objets. Pour le savoir, il faudrait pouvoir passer la « frontière » du trou noir (au sens géométrique, car ce n’est pas une membrane) qu’on appelle l’horizon des événements. Or, c’est justement le point de non retour au-delà duquel aucun élément entrant dans le trou noir ne peut en ressortir.

Si vous pouviez tomber dans un trou noir pour voir ce qui s’y trouve, que se passerait-il ? Vous n’auriez probablement pas le temps de voir grand chose car vous seriez étiré tel un spaghetti (les scientifiques parlent d’ailleurs de spaghettification). Puisque rien n’échappe à un trou noir, il n’est pas possible de savoir ce qui se trouve au centre de cet objet, dans ce qu’on appelé sa singularité.

Un trou noir peut-il mourir ?

Stephen Hawking a mis en évidence un paradoxe : les trous noirs ne le sont pas totalement car ils émettent des particules et peuvent s’évaporer, jusqu’à disparaitre totalement. Ce phénomène se produit sous la forme d’un rayonnement, appelé rayonnement de Hawking.

À cause de ce rayonnement, les trous noirs ont une durée de vie limitée. Néanmoins, pour certains trous noirs, le temps qu’il faudrait afin qu’ils s’évaporent totalement est plus important que l’âge de l’univers.

Faut-il avoir peur des trous noirs ?

Le sort des étoiles happées par des trous noirs (ou celui de cette étoile chanceuse qui a été expulsée du trou noir de la Voie lactée) peut faire craindre qu’un jour, ce soit notre planète qui croise le chemin d’un trou noir. Pourtant, le danger est ailleurs.

Si quelque chose doit nous faire peur, ce n’est pas la rencontre avec un trou noir, mais la rencontre avec une autre étoile. Il y a beaucoup plus de chances de croiser la route d’une étoile (l’astre le plus commun de notre galaxie) que celle d’un trou noir.

Partager sur les réseaux sociaux