Trous noirs

Le trou noir le plus proche se trouve au centre de notre Voie lactée. Il porte le nom de Sagittarius A*, il est plus de 4 millions de fois plus lourd que notre Soleil, mais il est minuscule. C'est précisément ce qui caractérise un trou noir : une masse extrêmement importante pour un volume extrêmement petit. C'est pourquoi la gravitation y est si forte que même la lumière ne peut pas s'éloigner si elle s'approche trop près du trou noir. Lorsque la matière s'approche d'un trou noir, elle commence souvent à tourner en spirale, à s'échauffer et à briller comme un disque d'accrétion avant de disparaître dans le trou noir.

Au-delà de l'horizon des événements, tout devient noir

La limite autour du trou noir, au-delà de laquelle la lumière ne peut plus s'éloigner, s'appelle l'horizon des événements. Tout ce qui se passe au-delà de l'horizon des événements reste invisible pour nous. Des calculs montrent en outre que l'espace et le temps y sont si fortement déformés par le rapport extrême entre la masse et le volume que nous ne pouvons plus les décrire avec nos modèles physiques. Les cosmologues parlent alors de singularité.

D'abord la théorie, ensuite les preuves

Le premier chercheur à imaginer des objets si massifs qu'ils retiennent eux-mêmes la lumière a été John Mitchell au XVIIIe siècle. Il a ensuite fallu un peu de temps pour que les calculs corrects soient disponibles : en 1915, Albert Einstein a publié ses équations de la théorie de la relativité générale, pour lesquelles Karl Schwarzschild a trouvé une solution en 1916. Et cette solution décrivait pour la première fois un trou noir - c'est-à-dire une singularité entourée d'un horizon des événements.
Peu à peu, les preuves pratiques de l'existence des trous noirs ont suivi : en 1972, Tom Bolton a observé un objet dont il soupçonnait qu'il s'agissait d'un trou noir. Quelques années plus tard, les scientifiques se sont mis d'accord sur le fait qu'il s'agissait bien d'un trou noir en procédant par exclusion. En 2016, les détecteurs Advanced LIGO aux États-Unis ont réussi à détecter des ondes gravitationnelles qui ne pouvaient provenir que de la fusion de deux trous noirs. Et en 2019, des chercheurs ont photographié l'horizon des événements autour du trou noir de la galaxie Messier 87 dans le cadre d'un projet d'envergure mondiale avec le "Event Horizon Telescope". "Notre" trou noir Sagittarius A* a été découvert par les deux équipes dirigées par l'astronome Andrea Gehz et l'astrophysicien Reinhard Genzel au cours de nombreuses observations réalisées à partir des années 1990. La première image de Sagittarius A* a également été prise en 2022 avec le "Event Horizon Telescope".

Souvent nés d'étoiles

Les chercheurs distinguent différentes classes de trous noirs en fonction de leur mode de formation et de leur masse :

• De nombreux trous noirs se forment à partir d'étoiles. Les étoiles qui sont au moins trois fois plus lourdes que notre soleil peuvent, à la fin de leur vie, s'effondrer dans une supernova pour former un trou noir. On les appelle alors des trous noirs stellaires.
• Une autre possibilité est celle des trous noirs primordiaux - ceux qui se sont formés peu après le Big Bang, lorsque la répartition de la densité dans l'univers était différente de celle d'aujourd'hui.
• "Notre" trou noir, Sagittarius A*, est ce que l'on appelle un trou noir supermassif. Leur masse est de l'ordre de millions, voire de milliards de fois celle de notre soleil. Jusqu'à présent, on ne sait pas comment ils se forment.
• Si un trou noir a un poids solaire cent à mille fois supérieur à celui du Soleil, on l'appelle trou noir de masse moyenne et il s'est probablement formé lorsque deux étoiles sont entrées en collision.
• Les micro-trous noirs sont également possibles, du moins en théorie. Il n'est pas nécessaire que de grandes masses soient impliquées pour qu'un trou noir se forme. Ce qui compte, c'est le rapport masse/volume. De tels micro-trous noirs pourraient se former lorsque des particules, comme des électrons, entrent en collision à grande vitesse. Un tel trou noir n'a encore jamais été observé.