Comment se forment les trous noirs ?
La première image d'un trou noir, capturée en avril 2019
Comment se forment les trous noirs ?
Si vous pouviez écraser la Terre en une boule de la taille d'une bille, elle deviendrait un trou noir. Quelles sont ces entités mystérieuses ?
Les trous noirs sont des objets particuliers avec de nombreuses propriétés étranges, mais la plupart des livres et articles ont souligné leurs aspects exotiques et obscurci leur nature fondamentalement simple.
Comment se forment les trous noirs ?
Les astronomes pensent que l'une des trois seules choses peut arriver à une étoile une fois qu'elle a épuisé son carburant, en fonction de sa masse. Une étoile moins massive que le Soleil s'effondre jusqu'à former une « naine blanche », avec un rayon de quelques milliers de kilomètres seulement. Si l'étoile a entre une et quatre fois la masse du Soleil, elle peut produire une « étoile à neutrons », avec un rayon de quelques kilomètres seulement, et une telle étoile pourrait être reconnue comme un « pulsar ». Les étoiles relativement peu nombreuses avec plus de quatre fois la masse du Soleil ne peuvent éviter de s'effondrer dans leur rayon de Schwarzschild et de devenir des trous noirs. Ainsi, les trous noirs peuvent être les cadavres d'étoiles massives.
La plupart des astronomes pensent que des galaxies comme la Voie lactée se sont formées à partir d'un grand nuage de gaz qui s'est effondré et s'est fragmenté en étoiles individuelles. Nous voyons maintenant les étoiles regroupées le plus étroitement au centre, ou noyau. Il est possible qu'au centre même il y avait trop de matière pour former une étoile ordinaire, ou que les étoiles qui se sont formées étaient si proches les unes des autres qu'elles se sont fusionnées pour former un trou noir. Il est donc avancé que des trous noirs vraiment massifs, équivalents à une centaine de millions d'étoiles comme le Soleil, pourraient exister au centre de certaines galaxies.
Première image d'un trou noir
En avril 2019, les astronomes ont pris la toute première photo d'un trou noir.
L'image a été prise par le télescope Event Horizon, un réseau de radiotélescopes à travers le monde spécialement conçu pour capturer une image d'un trou noir. Ce trou noir particulier se trouve à 500 millions de milliards de kilomètres de la Terre.
Qu'est-ce qu'un trou noir ?
Si une balle est lancée vers le haut depuis la surface de la Terre, elle atteint une certaine hauteur puis retombe. Plus il est lancé fort, plus il monte. S'il était lancé assez fort, il finirait par quitter l'atmosphère et continuerait. Mais si nous augmentions la force de gravité, l'objet devrait voyager de plus en plus vite avant de pouvoir se libérer.
Si la Terre était comprimée à la taille d'une boule d'un rayon de 9 mm, sa gravité serait suffisante pour empêcher même un objet se déplaçant à la vitesse de la lumière de s'échapper. Dans le cas du Soleil, le rayon de Schwarzschild, comme on l'appelle, serait d'un peu moins de 3 km.
Si même l'énergie lumineuse ne voyage pas assez vite pour s'échapper (et rien ne peut voyager plus vite), alors aucun signal d'aucune sorte ne peut s'échapper et l'objet serait « noir ». La seule indication de la présence d'un tel objet est l'attraction de sa gravité. Loin de la surface, c'est exactement comme si un objet ordinaire de la même masse était là. La présence de la gravité signifie que des objets peuvent tomber dedans, et donc « trou ».
Ainsi, un trou noir est un objet si compact que la vitesse de sortie de sa surface est supérieure à la vitesse de la lumière.
Comment pourrions-nous voir un trou noir ?
Parce que les trous noirs sont petits et qu'aucun signal ne s'en échappe, il peut sembler une tâche impossible de les trouver. Cependant, la force de gravité demeure, donc si nous détectons la gravité là où il n'y a pas de source de lumière visible, un trou noir peut en être responsable.
Ce type d'argument, en soi, n'est pas très convaincant, et il faut donc chercher d'autres indices. S'il y a d'autres matériaux autour d'un trou noir qui pourraient y tomber, alors ce sera le cas. Il y a alors de bonnes chances qu'en tombant, il produise un signal détectable non pas du trou noir lui-même, mais juste à l'extérieur de celui-ci.
Les choses sont assez différentes s'il y a un trou noir massif au centre d'une galaxie. Il est possible qu'une étoile y soit avalée par le trou noir. L'attraction de la gravité sur une telle étoile sera si forte qu'elle la brisera en ses atomes constitutifs et les projettera à grande vitesse dans toutes les directions. Certains des fragments tomberont dans le trou, augmentant sa masse, tandis que d'autres pourraient produire une explosion d'ondes radio, de lumière et de rayons X.
C'est juste le comportement qui est observé dans les galaxies du type appelé « Quasars » et qui pourrait bien se produire de manière plus douce au centre de notre propre Voie lactée.
heures en 6 mois
Les astronomes de l'Observatoire royal faisaient partie d'une équipe qui a découvert que la galaxie NGC 4151 contient environ 1 000 millions de fois la masse du Soleil, concentrée dans une région nucléaire dont le diamètre ne dépasse pas 4 000 fois la distance entre la Terre et le Soleil. L'explication la plus plausible à l'heure actuelle est que la majeure partie de cette masse se trouve dans un trou noir au centre.
Stephen Hawking
La plupart de ce que nous savons sur les trous noirs aujourd'hui est dû à Stephen Hawking. Le scientifique renommé a utilisé la théorie de la relativité d'Albert Einstein pour créer un support mathématique théorique plus solide à la théorie des trous noirs. Hawking est décédé le 14 mars 2018, mais son impact sur la science et sur notre compréhension des trous noirs est énorme.
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