Les Trous Noirs : Introduction

Contrairement à ce que l'on peut penser, ce sont des objets astronomiques, comme les étoiles ou les planètes !

Origines du concept

Envisagée dès le XVIIIe siècle, la théorie soutenant l'existence des trous noirs stipule qu'il s'agit d'objets si denses que leur Vitesse de libération est supérieure à la vitesse de la lumière, c'est-à-dire que même la lumière ne peut vaincre leur force gravitationnelle de surface, et reste prisonnière.

De cette caractéristique inquiétante proviennent les qualificatifs « noir » et « obscur, » mais le terme le plus exact serait sûrement« invisible » car il s'agit bien là d'une absence totale de luminosité.

L'expression consacrée pour désigner les trous noirs en général est collapsar (de l'anglais « collapsed star » : étoile contractée, effondrée). Cependant, l'expression trou noir est employée par analogie à l'image du « disque obscur » en français, et également en anglais (black hole).

Vue normale

Vue avec trou noir à proximité

Vue de la Voie lactée... et des distorsions qui seraient causées par un trou noir de Schwarzschild vu par un observateur situé dans son voisinage.
Deux images du bulbe central sont clairement visibles (l'image principale est en haut à gauche, l'image secondaire en dessous à droite du trou noir). La zone circulaire où les distorsions sont les plus importantes forme l'anneau d'Einstein.

De la théorie pure

Les trous noirs ont été parmi les premiers objets cosmiques à être découverts d'abord via les équations mathématiques, et non par observation directe. Le rôle de l'expérience est ici inversée : une des tâches les plus difficiles pour les astronomes est de vérifier si les observations, totalement dépendantes des capacités techniques et technologiques du moment, corroborent ou non les résultats théoriques.

Compte tenu des caractéristiques fabuleuses que la théorie prête aux trous noirs, leur existence réelle a longtemps été mise en doute ; et si elle n'est pas encore aujourd'hui totalement démontrée, la fin du XXe siècle a été ponctuée d'avancées déterminantes. Des observations, et les progrès techniques ayant permis ces observations, sont venus étayer la réalité physique de ces astres « hors du temps. »

Le trou noir est en fait un objet totalement relativiste, au sens où la théorie qui le soutient n'a pris sens et corps que dans le cadre de la Relativité Générale d'Einstein, soit à partir de 1915. La théorie définit avec précision l'intensité du champ gravitationnel d'un trou noir. Elle est telle qu'aucune particule franchissant son horizon, frontière théorique délimitant la zone de non-retour, ne peut s'en échapper.

On distingue plusieurs types de trous noirs, selon leur masse:

Les trous noirs stellaires

Ils résultent de l'effondrement sur elle-même d'une étoile massive (un dizaine de masses solaires environ).

Les trous noirs galactiques

On les trouve au centre des galaxies spirales. Notre galaxie, la Voie Lactée possède un tel trou noir, ainsi qu'il a été démontré par l'observation des mouvements extrêmement rapides des étoiles proches du trou noir.
Le télescope Chandra a récemment observé au centre de la galaxie NGC 6240 deux trous noirs supermassifs en orbite l'un autour de l'autre.

Les mini-trous noirs primordiaux ou quantiques

Dans les années soixante-dix, Stephen Hawking avança l'idée que le phénomène du Big Bang pourrait avoir été le théâtre d'une profusion de mini trous noirs, très légers par rapport à ceux envisagés actuellement (une dizaine de gramme tout au plus), mais également bien plus petits, au final tout aussi denses que les trous noirs stellaires.

De plus, ces trous noirs auraient eu tendance non pas à avaler de la matière, mais à s'évaporer très rapidement. En effet, ils résulteraient de la compression ultra-rapide de minuscules régions de l'espace-temps, et n'auraient donc pas disposé de matière suffisante à attirer à proximité; trop petits pour se maintenir dans une dynamique de compression, ces trous noirs morts nés se seraient évaporés de plus en plus vite, pour finalement exploser et disparaître.

En plus de cette classification, on distingue des catégories selon la géométrie et de la dynamique des trous noirs :

Les deux dernières catégories sont vraisemblablement très rares, les trous noirs sont plutôt envisagés comme stables électriquement.

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