On pourrait croire qu’il s’agit d’un cliché parmi tant d’autres. Pourtant, celui-ci est entré dans l’histoire des sciences. Il s’agit de la première photographie de Sagittarius A*, le trou noir de notre système solaire. Similaire à celle du trou noir au centre de la galaxie voisine, le trou noir de la galaxie M87*, la photographie récompense le travail acharné des scientifiques qui confirment ainsi la théorie d’Einstein sur la relativité générale. Aujourd’hui, nous vous proposons de (re)découvrir ce qu’est un trou noir.
Une porte ouverte sur l’obscurité des plus totales
On a tous entendu au moins une fois cette phrase selon laquelle derrière les ténèbres se trouverait la lumière. Néanmoins, il existe une exception : il s’agit du trou noir.
Un trou noir est un objet céleste, dont la gravité est si forte que même l’entité la plus rapide de notre univers, la lumière (qui a une célérité de 3×10^8, donc 300 000 000 km/s), ne peut lui échapper.
La zone qui délimite le visible et le non-visible, donc le contour d’un trou noir, s’appelle « la zone des événements ». Lorsqu’un objet tombe dans un trou noir, on ignore s’il disparaît matériellement. En revanche, il devient invisible à l’œil nu. Car, en réalité, le trou noir absorbe l’énergie électromagnétique qu’il reçoit, donc la couleur.
Pour schématiser un trou noir, dites-vous que lorsque vous faites de la peinture, la couleur noire prime sur toutes les autres. Une couleur vive mélangée avec du noir deviendra plus foncée, jusqu’à devenir totalement noire. C’est le principe d’un trou noir.
Le premier trou noir est découvert vers la constellation du cygne, en 1971. Cela ne fait donc qu’une quarantaine d’années que les trous noirs sont devenus une réalité.
Les différents types de trou noir
Un trou noir naît de l’effondrement d’une étoile. Lorsqu’une étoile arrive en fin de vie, cette dernière s’écroule. Elle peut alors donner naissance à une naine blanche, à des étoiles à neutrons, ou bien à un trou noir.
Même si la nomination est unique, il existe en réalité plusieurs sortes de trous noirs, toutes bien distinctes. Deux de ces catégories sont celles qui ressortent le plus.
Le trou noir dit « stellaire »
Le trou noir stellaire est le plus commun des trous noirs. Les scientifiques pensent qu’il en existerait des millions, éparpillés dans la voie lactée.
Le trou noir stellaire possède un diamètre équivalant à 6 km et une masse très importante, qui serait égale à trois fois celle du soleil. Il peut même arriver qu’un trou noir présente une masse qui est estimée à 10 voire 20 fois supérieure à celle de notre soleil.
Le trou noir dit « supermassif »
Ce type de trou noir est un véritable casse-tête pour les scientifiques. Sa formation reste hypothétique, néanmoins, quelques informations sur cette catégorie de trou noir restent formelles.
C’est un véritable géant. Le trou noir supermassif possède une masse telle qu’elle serait comprise entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. Ce type de trou noir se trouve quasiment au centre de toutes les grandes galaxies, y compris la nôtre.
On découvre en 1970 que Sagittarius A* est donc un trou noir supermassif, du fait que sa masse soit supérieure à celle du Soleil, à échelle de 2 à 4 millions.
Dans les années 1970, Charles Townes et son équipe observent le gaz autour Sgr A* dans l'infrarouge et font une découverte hallucinante. le cœur de cet astre doit faire entre 2 et 4 millions de fois la masse du Soleil!! pic.twitter.com/IceRE5PCWN
— Eric Lagadec✨🌍 (@EricLagadec) May 12, 2022
Les autres catégories sont les suivantes : les trous noirs intermédiaires, avec une masse entre 10 et 10 000 fois supérieure à celle du Soleil ; et les trous noirs primordiaux, qui sont en réalité des trous noirs minuscules.
La théorie de la relativité générale : dis-m’en plus, Einstein !
Il s’agit d’une théorie qui date du XXe siècle. Les mots peuvent faire peur, mais la théorie n’en reste pas moins extrêmement intéressante.
La théorie de la relativité générale présente la notion de l’attraction gravitationnelle entre les masses. Pour Einstein, cette dernière est provoquée par une déformation de l’espace, mais aussi du temps. Cette déformation serait due aux masses en question. Un trou noir peut donc modifier ces facteurs.
Einstein avait réussi à définir la formule connue de tous désormais : E=mc². Cette formule met en avant le lien entre la notion de masse et la notion d’énergie. Il comprend alors que leur nature est la même.
Quel est le rapport entre un trou noir et la théorie de la relativité générale d’Einstein ? Le lien entre Sagittarius A* et M87*
Cela peut être difficile à comprendre, mais tout se résume dans un jeu de couleurs et d’attraction en réalité.
On sait qu’un trou noir, de par sa profondeur et son champ d’attraction, aspire les étoiles proches de lui. Rien n’échappe à un trou noir. De ce fait, un trou noir influe donc sur l’espace qui l’entoure, rien qu’avec sa masse gravitationnelle. La masse influe donc sur l’espace, comme le présentait Einstein.
Ensuite, les étoiles attirées par un trou noir présentent une couleur particulière. Il s’agit de la couleur rouge. C’est ce qui avait été observé avec l’étoile S2, située à proximité de Sagittarius A*. On conclut donc que Sagittarius A* est un trou noir supermassif.
En comparant le cliché de Sagittarius A* et le cliché de M87*, qui est un trou noir à la masse nettement supérieure, on constate que le contour est de couleur rouge. Il ne s’agit pas d’étoiles, mais d’un disque d’accrétion. Il s’agit d’un disque qui contient d’innombrables particules.
Une similitude que souligne Frédéric Gueth, directeur adjoint de l’Institut de radioastronomie millimétrique :
« Il faut prendre en considération que les masses de ces deux objets sont très différentes. Et pourtant, ils ont à peu près la même tête. C’est exactement ce que prévoit la relativité générale. »
Il semblerait qu’Albert Einstein avait raison.
La grande question : que nous arrive-t-il si nous tombons dans un trou noir ?
Il faut être conscient d’une chose. Lorsque l’on rentre dans un trou noir, on ne peut pas revenir en arrière. Son attraction gravitationnelle est trop importante. En même temps, si même la lumière ne peut s’échapper d’un tel puits, difficile de croire qu’un humain puisse en être capable.
Mais déjà, est-ce possible de rentrer dans un trou noir ? Théoriquement, oui. Mais il faut une protection assez résistante pour ne pas être irradié par les rayons X que projette le disque d’accrétion. Mais du fait de la gravité, plus on plonge dans le trou noir, plus notre corps se disloque. Les pieds seront attirés de manière plus importante que notre tête. À noter aussi que la température, au sein d’un trou noir, est d’une importance démentielle. Avec la formule E=mc², l’énergie dégagée par un trou noir est incalculable, la température l’est donc également.
Certains pensent que le trou noir serait une porte vers un espace-temps différent du nôtre. Mais pour le moment, on ne peut vérifier cette théorie car rien n’est jamais ressorti d’un trou noir.
Le cliché du trou noir de Sagittarius A* encourage les scientifiques à pousser la recherche encore plus loin. Frédéric Gueth a déjà laissé entendre que Sagittarius A* et M87* seraient bientôt rejointes par une troisième cible.
Sources :
- Que se passe-t-il si on tombe dans un trou noir ? – Ca m’intéresse
- Un trou noir supermassif confirme la relativité générale d’Einstein – Futura Sciences
- La relativité générale à nouveau vérifiée autour de notre trou noir supermassif – Futura Sciences
- Rayonnement infrarouge en provenance des trous noirs – Futura Sciences
- La photo du trou noir Sagittaire A* au cœur de notre galaxie prouve qu’Einstein avait raison – Huffpost
- Le trou noir central de la Voie lactée enfin révélé – Le Monde
- Introduction à la relativité générale – Wikipédia
- Trou noir – Wikipédia
- Tout comprendre sur : les trous noirs – YouTube
