L'article à lire pour comprendre les trous noirs

Des astronomes ont annoncé la découverte d'un trou noir extrêmement ancien. Il s'agirait du plus massif connu à ce jour. 

Vue d\'artiste d\'un trou noir et d\'une galaxie en spirale.
Vue d'artiste d'un trou noir et d'une galaxie en spirale. (MOPIC / AWO / AFP)

"Monstrueux". C'est ainsi que les astronomes ont qualifié, mercredi 25 février, un trou noir nouvellement découvert et qui pourrait être le plus massif connu à ce jour. Sa masse est 12 milliards de fois celle du Soleil.

Francetv info revient sur les fondamentaux nécessaires pour mieux comprendre ces objets célestes mystérieux.

Un trou noir, c'est quoi ?

Il est fréquent d'entendre parler de trou noir dans les informations, les films ou les livres. Mais, première surprise, "la preuve définitive de l’existence des trous noirs n’a pas encore été apportée", écrit le CNRS en février 2014. Reste que cette "réalité est une certitude pour l’immense majorité des scientifiques". Ils font l'objet d'études poussées depuis des dizaines d'années.

L'écrasante majorité des chercheurs s'accorde à dire qu'un trou noir se caractérise par un champ gravitationnel - c'est-à-dire un champ de force qui attire la matière vers son centre - extrêmement intense. Si intense que même la lumière ne peut s'en échapper.

Un trou noir est une masse ultra compacte, en mouvement, évolutive et en rotation. Il y en a de différentes tailles : des supermassifs, que l'on trouve généralement au centre des galaxies - dits trous noirs galactiques -, et des plus petits, dont la masse équivaut à seulement quelques fois celle de notre soleil.

Toujours est-il qu'un trou noir exerce une attraction très forte et absorbe tout ce qui passe trop près de lui. Qu'arrive-t-il aux objets qui sont aspirés en son centre, appelé "singularité" ? Pour l'instant, les scientifiques n'en ont aucune idée car l'espace-temps s'arrête en ce point.

Une minute, c'est quoi cette histoire d'espace-temps ?

Dans un trou noir, le temps et l'espace s'écoulent de manière différente, à cause de la force gravitationnelle très forte qui s'y exerce. "A l'intérieur d'un trou noir, le temps se change en espace et l'espace se change en temps. On pourrait le dire de façon méthaphorique : dans notre monde, le temps s'écoule. 'Je ne peux pas revenir dans le passé'. De la même manière, dans un trou noir, c'est l'espace qui s'écoule. Le tapis roulant de l'espace va tellement vite que même si je cours à la vitesse de la lumière dans le sens inverse, je ne pourrai jamais m'extraire du trou noir", expliquait à France info, en 2014, Aurélien Barrau, astrophysicien au Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (UJF/CNRS).

Il se passe quoi lorsqu'un objet est aspiré ?

Si nous ignorons ce qu'il advient des objets avalés, nous savons à quoi ressemble le spectacle d'une ingurgitation. Le 31 mai 2010, dans l'objectif du télescope Pan-Starrs 1 à Hawaï, des astronomes aperçoivent une lueur inattendue provenant du cœur d'une galaxie lointaine située à 2,7 milliards d'années-lumière. Au fil des jours et des semaines, la lueur s'intensifie. Elle atteint un maximum le 12 juillet et s'amenuise progressivement. "Nous avons observé la fin d'une étoile et sa digestion par le trou noir en temps réel", explique Edo Berger, qui a participé une étude publiée dans la revue Nature, en 2012.


Mais Ryan Chornock, du centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian, se veut rassurant : "Les trous noirs sont un peu comme les requins, on considère à tort que ce sont de perpétuelles machines à tuer. En réalité, ils restent calmes durant la majeure partie de leur vie. Mais occasionnellement, une étoile s'aventure trop près, et c'est là que la frénésie carnassière se déclenche."

Bon, mais un trou noir, c'est vraiment noir ?

Oui. Enfin, pas vraiment. La force gravitationnelle est si puissante que même la lumière ne s'en échappe pas. Du coup, un trou noir est invisible. C'est son effet sur son environnement qui le rend visible. Il attire les corps voisins, les aspire. Concrètement, ce qui le trahit, ce sont "les tourbillons de gaz chauffés au point d'émettre des rayons X" ou les étoiles "entrées dans une course folle", détaillait, en 2011, le blog scientifique du Monde.

L'une des photos de trou noir les plus récentes et les plus impressionnantes a été fournie par le télescope Hubble, en octobre 2014. Il en a photographié un supermassif dans une galaxie naine, rapportait alors Sciences et Avenir.

Simulation informatique du trou noir dans la galaxie M60-UCD1, une galaxie naine et ltra-compacte située à 54 millions d\'années-lumière de la Terre, au cœur de l\'amas de la Vierge. Photo diffusée par la Nasa, le 10 octobre 2014.
Simulation informatique du trou noir dans la galaxie M60-UCD1, une galaxie naine et ltra-compacte située à 54 millions d'années-lumière de la Terre, au cœur de l'amas de la Vierge. Photo diffusée par la Nasa, le 10 octobre 2014. (NASA / SIPA)

Un trou noir, ça naît comment ?

Il y a deux possibilités. La plus simple : un trou noir peut se former lorsqu'une très grosse étoile se contracte et s'effondre sur elle-même à la fin de sa vie. Petit joueur, lorsque notre soleil s'effondrera sur lui-même, il ne créera pas un trou noir. Seule une étoile d'une masse au moins 25 fois supérieure peut en former un de cette manière.

Autre scénario : lorsqu'une étoile - même petite - meurt, naît une étoile à neutrons. C'est un corps extrêmement dense. Une simple cuillère à café de cette matière pèserait plus d'un milliard de tonnes, explique le Commissariat à l'énergie atomique. Parfois, ces étoiles à neutrons, à la taille réduite, finissent par se rencontrer et forment un trou noir. Ce type de collision est "l'un des événements les plus violents dans l'univers", commente la Nasa, qui a simulé une telle situation sur ordinateur.  Une étoile à neutrons qui fait trois fois la masse du soleil peut former un trou noir. 

Il y en a beaucoup ?

Difficile de chiffrer leur nombre dans tout l'univers. Mais pour notre seule galaxie, les scientifiques s'accordent à dire qu'il en existe au moins 100 millions.

Le plus gros est supermassif. Son nom : Sagittarius A étoile (Sgr A*). Il se trouve au centre de la Voie lactée, à 26 000 années-lumière de la Terre, ce qui représente 1,6 milliard de fois la distance Terre-Soleil.

Et donc, on va finir engloutis ?

"La réponse est clairement non", tranche Jean-Pierre Luminet, spécialiste français des trous noirs, auprès du site spécialisé Futura-Sciences, en novembre 2014. Le trou noir au centre de notre galaxie est bien trop éloigné de la Terre pour la menacer. D'après lui, il est "tout à fait improbable" qu'il engloutisse notre planète. Sans compter que son appétit est plutôt faible, expliquait en 2013 le magazine La Recherche.


Si le spécialiste souligne la probabilité d'un danger venant d'un mini-trou noir, il assure qu'aucun n'a été détecté dans les environs de la Terre et que même s'il y en avait un, il serait sûrement trop petit pour nous inquiéter.

Au fait, le trou noir dans "Interstellar", il est crédible ?

La maison de production du film sorti à l'automne 2014 affirme avoir été à l'origine d'une nouvelle découverte sur la nature des trous noirs. Vantant le travail de l'astrophysicien américain Kip Thorne, sollicité par le réalisateur Christopher Nolan, la production disait avoir mis au point une simulation hautement réaliste de trou noir. La nouveauté, selon elle : un immense disque lumineux, né de la combustion des gaz, encercle le trou noir. La gravité finit par tordre ce disque brillant, qui prend alors la forme de deux arches. Voici un gif animé réalisé à partir d'une vidéo postée sur YouTube par la production du film.

Une belle histoire mise à mal par Jean-Pierre Luminet. Il rappelle sur son blog qu'il avait réalisé, dès 1979, une simulation évoquant ce disque. Surtout, il dénonce le prétendu réalisme des images du film. Selon lui, le flux lumineux autour d'un trou noir n'est pas symétrique, comme dans le film, si l'on tient "compte de tous les effets astrophysiques mentionnés plus haut".

J'ai eu la flemme de tout lire, vous pouvez me faire un résumé ?

Un trou noir est un objet céleste mystérieux et complexe. Mais pour se faire une idée, essayez d'imaginer une boule très lourde et très dense. Un peu comme si une balle de ping-pong pesait autant que la Terre tout entière. Cette boule, avec une masse qui dépasse tout ce que l'on connaît, tourne sur elle-même et aspire tout ce qui l'approche, même la lumière. Elle est invisible mais se révèle grâce aux mouvements des objets qui l'entourent : les étoiles et les planètes se mettent à tourbillonner en lâchant des colonnes de gaz surchauffés.

Un trou noir ne vient pas de nulle part, il naît des restes d'une ou plusieurs étoiles mortes. On en compte au moins 100 millions dans notre galaxie, mais ils sont plutôt inoffensifs. Le trou noir le plus proche de la Terre se trouve au centre de la Voie lactée, bien trop loin pour nous inquiéter. Ouf.