TROUS NOIRS

Ce qu’on appelle trou noir est sûrement l’objet le plus mystérieux de l’univers.

Comme c’est l’objet le plus mystérieux, c’est certainement aussi l’un des plus populaires de l’astrophysique, et par conséquent, l’un de ceux qui a donné lieu à un grand nombre d’interprétations et de conceptions erronées. La science-fiction, par la littérature et le cinéma, s’est beaucoup servie de cet objet fascinant sous le nom de trou noir, ou plus anciennement d’ »étoile noire » comme dans les premiers épisodes de Star Trek.

Une étoile [tout ce qui brille de son propre éclat dans le ciel nocturne, et avant tout, notre Soleil], c’est une grosse boule de gaz en fusion. Une étoile est soumise à deux forces principales :

-           une qui contracte l’étoile sous l’effet de son propre poids

-           une qui dilate l’étoile sous l’effet des réactions nucléaires de fusion qui l’animent.

Une étoile qui fonctionne bien est une étoile où ces deux forces sont en équilibre.

Lorsque l’étoile est âgée, lorsqu’elle a épuisé une partie de sa matière, elle subit le déséquilibre des forces évoquées.

Un des scénarios possibles est que la force de dilatation devient insuffisante et que la force de concentration l’emporte. On dit alors que l’étoile s’effondre sur elle-même. Ainsi, des étoiles qui font cinq fois le volume du Soleil se resserrent jusqu’à devenir une petite boule excessivement lourde d’une quinzaine de kilomètres.

A ce niveau de contraction, il n’y a plus beaucoup de place entre les atomes. La matière est bloquée  et la force d’attraction de ce corps, de cette étoile concentrée, est devenue gigantesque.

La force d’attraction, ou gravité, c’est ce qui fait tomber un objet sur le sol quand on le lâche ; c’est la Terre qui nous attire et fait que nous ne nous baladons pas dans l’espace. Cette force se mesure, s’évalue par sa vitesse d’échappement. C’est à dire que plus la gravité est importante, plus il faut aller vite pour s’en affranchir. A partir de la Terre, il faut aller à au moins 11 KM/sec. pour s’en échapper, vers la Lune par exemple.

La vitesse la plus rapide que nous connaissions dans l’univers est celle de la lumière : 300 000 km/sec. Et cette vitesse là est encore insuffisante pour s’échapper de l’étoile concentrée dont nous venons de parler. La particule de lumière qui part à 300 000 km/sec. est irrémédiablement « reconduite » vers le petit corps massif. Rien ne peut s’en échapper, pas même la lumière, d’où le nom de « trou noir ».

Puisque rien ne peut s’échapper de cet objet, il est donc invisible.

Comment peut-on connaître l’existence de cet objet que, par définition, on ne peut pas voir ?

Un tel corps céleste ne laisse pas son environnement indifférent ; sa force d’attraction attire toute la matière qui se trouve dans son voisinage. Que ce soient des nuages de poussière, de gaz ou des étoiles, ils se retrouvent aspirés par le trou noir.

Les vitesses, les masses et les forces ainsi mises en œuvre deviennent énormes. Les températures montent et la matière excitée produit des rayons X très puissants avant d’être avalés par le trou noir. Ce sont ces manifestations périphériques qui nous renseignent sur la présence de tels objets.

Une première particularité de l’objet est que malgré sa force gravitationnelle inimaginable, il n’attire pas très loin.

« L’aspirateur à matière » est puissant au-delà de tout ce que l’on connaît, mais dans un volume restreint, une petite portion de l’univers immédiatement autours de lui.

Une autre particularité est que l’état de la matière qui le compose est toujours inconnu. La force de « contraction » est telle que les particules élémentaires présentes ne peuvent être celles que nous connaissons.

Enfin, nous avons parlé de lumière, contrainte par cette force gravitationnelle ; la théorie de la relativité associe à ce phénomène une modification de l ‘écoulement du temps : celui-ci serait ralentit. D’où la fameuse image de porte spatio-temporelle.

En fait, pour avoir une idée plus juste, il faudrait comparer le trou noir à un réfrigérateur. Si nous prenons deux morceaux de viande et que nous en mettons un au réfrigérateur pendant que l’autre reste à température ambiante, le premier sera préservé des effets du temps en comparaison du second qui s’altérera en quelques heures. Le temps va donc passer moins vite à l’intérieur du réfrigérateur, mais les deux morceaux de viande sont toujours bien visibles et bien présents pour l’observateur. Le changement de l’écoulement du temps n’entraîne pas la disparition dans une « quatrième dimension » pour reprendre un titre célèbre du début des années Soixante.