Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les trous noirs

Les trous noirs sont l’un des phénomènes les plus étranges de l’univers. D’où viennent-ils ? Que se passe-t-il si l’on tombe à l’intérieur ? Accrochez-vous, nous partons pour un voyage au cœur de ces monstres cosmiques.

La naissance d’un géant

Les étoiles sont d’incroyables accumulations d’atomes d’hydrogène qui se sont effondrées sous leur propre gravité. Au cœur de ces étoiles, la fusion nucléaire transforme l’hydrogène en hélium, libérant une quantité phénoménale d’énergie. Cette énergie, sous forme de rayonnement, contrebalance la gravité et maintient l’équilibre de l’étoile.

Pour les étoiles beaucoup plus massives que notre Soleil, la chaleur et la pression permettent de fusionner des éléments de plus en plus lourds, jusqu’au fer. Contrairement aux éléments précédents, la fusion du fer ne génère pas d’énergie. Le fer s’accumule au centre de l’étoile jusqu’à atteindre une masse critique. L’équilibre est alors rompu.

Le noyau s’effondre en une fraction de seconde. L’étoile implose à une vitesse atteignant le quart de celle de la lumière, injectant encore plus de masse dans le noyau. C’est à ce moment précis que les éléments plus lourds de l’univers sont créés, alors que l’étoile meurt dans une explosion de supernova. Il en résulte soit une étoile à neutrons, soit, si l’étoile est suffisamment massive, un trou noir.

L’horizon des événements et la singularité

Ce que nous voyons d’un trou noir est en réalité son « horizon des événements ». C’est le point de non-retour. Tout ce qui franchit cette limite, y compris la lumière, ne peut s’en échapper. C’est pourquoi nous voyons une sphère noire qui ne reflète rien.

Au-delà de l’horizon se trouve la « singularité ». Les scientifiques ne sont pas encore certains de sa nature exacte. Il pourrait s’agir d’un point de densité infinie, où toute la masse du trou noir est concentrée en un seul point sans surface ni volume. C’est un peu comme une erreur de division par zéro dans l’univers.

Contrairement à une idée reçue, les trous noirs n’aspirent pas la matière comme un aspirateur. Si nous remplacions le Soleil par un trou noir de même masse, la Terre continuerait d’orbiter normalement. La seule différence, c’est que nous mourrions de froid.

Tomber dans un trou noir : un voyage sans retour

Que se passerait-il si vous tombiez dans un trou noir ? L’expérience du temps serait radicalement différente. Pour un observateur extérieur, vous sembleriez ralentir à l’approche de l’horizon des événements. Le temps s’écoulerait plus lentement pour vous. Vous finiriez par paraître figé dans le temps, virer au rouge et disparaître.

De votre point de vue, vous verriez le reste de l’univers en accéléré, comme un aperçu du futur. Ce qui se passe ensuite reste un mystère, mais deux théories s’affrontent :

1. La spaghettification :

La gravité est si intense qu’elle étirerait votre corps jusqu’à ce que vous ne soyez plus qu’un mince filet de plasma.

2. Le mur de feu :

Vous seriez instantanément incinéré par un « mur de feu » juste après avoir franchi l’horizon des événements.

La rapidité de votre mort dépendrait de la masse du trou noir. Un petit trou noir vous tuerait avant même que vous n’atteigniez l’horizon, tandis qu’un trou noir supermassif vous permettrait de « voyager » plus longtemps à l’intérieur.

Des poids plumes aux supermassifs

Il existe différentes tailles de trous noirs. Les trous noirs de masse stellaire ont une masse équivalente à quelques fois celle du Soleil et le diamètre d’un astéroïde.

À l’autre extrême, on trouve les  trous noirs supermassifs, situés au cœur de chaque galaxie. Ils peuvent être des milliards de fois plus massifs que le Soleil. Le trou noir qui est à l’origine du quasar  J0529-4351,  fait 17 milliards de masses solaires et absorbe une masse solaire par jour, il émet une lumière équivalente à celle de plus de 500 milliards de soleils !

L’évaporation des trous noirs

Aussi puissants soient-ils, les trous noirs finiront par s’évaporer grâce à un processus appelé  rayonnement de Hawking. Pour le comprendre, il faut savoir que l’espace vide n’est pas vraiment vide. Il est rempli de particules virtuelles qui apparaissent et s’annihilent constamment.

Lorsqu’une paire de ces particules apparaît au bord d’un trou noir, l’une peut tomber à l’intérieur tandis que l’autre s’échappe, devenant une particule réelle et emportant une infime partie de l’énergie du trou noir.

Ce processus est incroyablement lent au début et s’accélère à mesure que le trou noir rétrécit. Dans les dernières secondes de sa vie, un trou noir rayonne avec l’énergie de milliards de bombes nucléaires.

Cependant, ce processus est si lent que les plus grands trous noirs pourraient mettre un « googol » d’années (10^100) pour s’évaporer. D’ici là, l’univers sera devenu inhabitable depuis bien longtemps.