Trou Noir

 Les trous noirs sont des objets astrophysiques que tout le monde connaît, même les enfants car c’est un objet qui intrigue. Sans mauvais jeu de mots, les trous noirs attirent… le grand public ! Un des spécialistes des trous noirs est bien sûr Stephen Hawking, de l’université de Cambridge, qui détient actuellement la chaire de Isaac Newton (je vous conseille d’ailleurs son livre « l’univers dans une coquille de noix » chez Odile Jacob très ludique et agréablement illustré). 

  L’existence des trous noirs a été pensée dès le XVIII^ième siècle mais leur existence n’est confirmée théoriquement qu’en 1916 par l’astronome allemand Karl Schwartzschild. En revanche, le terme trou noir n’apparaît qu’en 1967 avec un physicien américain, John Archibald Wheeler, avant on utilisait le terme singularité de Schwartzschild (on verra plus tard pourquoi). En résolvant les équations de la relativité d’Einstein, Schwartzschild a trouvé une solution : s’il y avait suffisamment de matière dans un espace suffisamment restreint (donc une densité de matière très importante) alors l’espace-temps était tellement déformé aux bord de cet objet exotique que même la lumière ne pouvait s’en échapper. Autrement dit, c’était comme un trou (car la fabuleuse masse de l’astre attire par gravitation tout ce qui passe, comme une étoile, mais perce un trou dans l’espace-temps) et il est tout noir car aucun photon ne peut parvenir à s’échapper au delà de ce que l’on appelle l’horizon d’événement du trou noir (ou horizon de Schwartzschild). Lorsqu’un objet, quel qu’il soit, dépasse cet horizon, il n’y a plus moyen de retour car la vitesse nécessaire pour s’échapper serait supérieure à la vitesse de la lumière (donc impossible selon la relativité). Einstein, de son vivant, n’a jamais cru à l’existence des trous noirs et pensait que c’était simplement une solution  singulière aberrante. 

 On a longtemps pensé que de tels objets ne pouvaient exister en raison de la densité formidable nécessaire, mais en fait, lorsque les étoiles meurent (eh oui, tout a un début et une fin…) elles s’effondrent sur elles-mêmes et si elles sont suffisamment massives, alors un trou noir peut se créer. On parle souvent de singularités spatio-temporelles pour désigner les trous noirs car ils sont assimilables à  « un seul point » du fait que derrière cet horizon, toutes les variables deviennent infinies ou nulles et on ne sait pas tout ce qui peut se passer derrière cette barrière infranchissable par nos télescopes vu qu’aucune lumière n’est émise, pas de chance ! Les calculs mathématique deviennent alors très étranges mais néanmoins ils peuvent fonctionner et on peut facilement calculer le rayon de l’horizon d’événement et même la température du trou noir qui contrairement à ce qu’on pourrait penser est plutôt froide. Un trou noir de quelques masses solaires possèderait une température de quelques millionièmes de kelvins (en gros -273°C). Evidemment, plus le trou noir est petit, plus il est chaud. Autre détail que j’ai oublié de mentionner : théoriquement, derrière cet horizon, le temps d’arrête ! Eh  oui, plus il y a de la masse, plus le temps s’écoule moins vite. La relativité considère la gravité non pas comme une force mais comme une déformation de l’espace-temps. Mathématiquement, un trou noir possède en son sein une densité infinie, le résultat est un « trou » dans l’espace-temps et dans cette configuration, le temps n’avance plus ! Pour toutes ces raisons, l’existence des trous noirs a été longtemps très controversée et Stephen Hawking raconte comment ses petits camarades physiciens français lui riaient au nez au tout début car en général, le travail de l’astrophysicien est de trouver des explications pour éradiquer les singularités qui constituent leur pire ennemi car qui dit singularité, dit question ouverte, on ne comprend plus, ça dépasse notre entendement de misérable être humain. Néanmoins, désormais, ces objets astronomiques sont reconnus dans la majorité de la communauté scientifique.

Les recherches sur les trous noirs sont toujours d’actualité, et on découvre toujours de nouvelles choses. Particulièrement le fait que certains trous noirs microscopiques issus du BIG-BANG (dit primordiaux)  et ? pourraient perdre de l’énergie et ainsi libérer des particules issues des fluctuations quantiques du vide. Lorsqu’une paire de particules est créée au niveau de l’horizon, une des deux particule pourrait s’échapper et ainsi émettre un rayonnement observable et le trou noir perdrait alors son invisibilité (je ne détaille pas cet aspect, on pourrait y passer 3h mais je peux essayer de répondre à vos question en commentaire). Concernant les trous noirs primordiaux je ne peux que vous conseiller le numéro de La Recherche n°362, Mars 2003. Si vous ne l’avez pas, mailez-moi.

 Dans la détection des trous noirs également, on a fait beaucoup de progrès, évidemment, on ne les voit pas mais on peut déduire leur présence par leur influence gravitationnelle sur les astres voisins (la photo au dessus représente la détection éventuelle d’un trou noir). Par exemple si notre cher soleil était concentré dans une sphère assez petite pour être un trou noir, on ne pourrait pas le voir mais les planètes continueraient à tourner autour par gravité, par contre je doute que dans ce cas notre existence soit possible et ce blog n’aurait jamais vu le jour sans le jour du soleil, donc heureusement, notre soleil est une gentille petite étoile et pas un méchant trou noir qui mange tout !