Les trous noirs sont effrayants, et certains des objets les plus intrigants et mystérieux de l'Univers. Mais qu'est-ce qu'un trou noir? Les trous noirs sont essentiellement des objets dans l'espace qui sont si extrêmement massifs et denses que rien ne peut échapper à leur attraction gravitationnelle, y compris la lumière (c'est pourquoi ils sont appelés noir des trous). Cela conduit à des scénarios intéressants concernant la physique dans la zone immédiate entourant un trou noir.
La théorie de la relativité générale postule que tout ce qui a une masse courbe le tissu de l'espace-temps, et cette courbure est ce que nous appelons la gravité. L'exemple le plus populaire (et hautement descriptif) pour illustrer comment cela fonctionne est celui d'une feuille de caoutchouc. Imaginez que vous avez une grande feuille de caoutchouc extensible qui est étirée de manière raisonnable. Cette feuille est une représentation bidimensionnelle du tissu de l'espace (qui a trois dimensions, mais pour plus de simplicité et de facilité d'illustration, nous en utiliserons deux). Si vous placez un petit marbre sur la feuille, cela fera une petite indentation dans le caoutchouc. Imaginez que le marbre est une planète, et si vous avez l'un de ces marbres à rayures de verre frais, il peut même ressembler beaucoup à Jupiter. En roulant un petit caillou (qui crée sa propre petite entaille) par le marbre, vous remarquerez peut-être que le caillou vire vers l'indentation du marbre. Essentiellement, le marbre tire le petit caillou vers lui en raison de sa gravité.
Maintenant, si vous placez une boule de bowling sur la feuille, qui est beaucoup plus massive, elle crée une empreinte beaucoup plus grande qui emprisonnerait probablement le caillou en roulant. La boule de bowling représenterait très bien quelque chose comme une étoile dans cet exemple. Un trou noir est toute la masse d'une étoile, mais dans un espace très petit, assez pour indenter suffisamment la feuille de caoutchouc pour que rien ne roule par l'indentation du trou noir à une certaine distance - peu importe la vitesse à laquelle vous le faites avancer - peut s'échapper. La zone autour d'un trou noir à partir de laquelle rien ne peut s'échapper s'appelle l'horizon des événements, et sa taille dépend de la taille du trou noir lui-même.
Un trou noir stellaire se forme lorsqu'une étoile qui a un noyau au-dessus d'environ 3 masses solaires approche de la fin de sa vie et que les processus de fusion à l'intérieur de l'étoile ne poussent plus suffisamment contre l'attraction gravitationnelle intérieure, provoquant l'implosion de l'étoile . Une fois que la matière à l'intérieur de l'étoile est comprimée en dessous d'un certain rayon - appelé le rayon de Schwarzschild d'après le mathématicien qui l'a formulée - un trou noir se forme.
Les trous noirs supermassifs sont ceux qui se forment au centre des galaxies, et ils peuvent atteindre des milliards de masses solaires. Par exemple, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée a une masse d’environ 40 000 soleils, et la matière qui l’entoure - appelée «disque d’accrétion» - est un énorme 4 milliards de soleils. Comment se forment les trous noirs supermassifs? Voici un excellent article détaillé sur les trous noirs supermassifs qui passe en revue certaines des théories concurrentes sur leur formation.
Les trous noirs sont de tailles différentes selon leur masse. Par exemple, si le Soleil devenait un trou noir (ce ne sera pas le cas, car il est beaucoup trop petit), le rayon du trou noir serait d'environ 3 km (1,86 miles). Si, à travers un ensemble de circonstances étranges, la Terre était compactée dans un espace plus petit que son rayon de Scwarzschild, le trou noir aurait à peu près la taille d'une cacahuète.
Au centre d'un trou noir se trouve ce qu'on appelle une singularité, où la masse du trou noir est compressée à un volume nul, et la capacité de la relativité générale à décrire ce qui se passe ici tombe en panne.
Comment savons-nous qu'il existe des trous noirs s'ils n'émettent pas de lumière? Les preuves de trous noirs stellaires proviennent de l'observation de leurs interactions dans les systèmes binaires, et les trous noirs supermassifs peuvent être observés à l'aide de télescopes à rayons X, ainsi qu'à travers la gravité qu'ils exercent sur les étoiles d'une galaxie.
Pour en savoir plus sur les trous noirs, il existe de nombreuses ressources sur le Web. Pour commencer, Hubblesite a une excellente encyclopédie, tout comme Stardate.org. Vous pouvez également consulter le reste de notre section sur les trous noirs dans le Guide de l'espace, ou écouter les multiples épisodes d'Astronomy Cast sur le sujet, comme les épisodes 18, ou les questions posées sur Black, Black Holes.
Sources: NASA: Blackholes, NASA: Stars, Hyperphysics
