Un trou noir c’est troublant

Si vous lancez un pierre en l’air, elle retombe. Un satellite envoyé vers Mars, lui, ne retombe pas. Pourquoi ? La pierre retombe parce que vous ne l’avez pas lancée assez « fort », c’est à dire pas assez vite, pour qu’elle échappe à l’attraction terrestre. La vitesse de libération est la vitesse minimum à atteindre pour échapper à l’attraction d’un corps. Sans vous abreuver de formules sachez que cette vitesse dépend de deux paramètres : la masse du corps et son rayon. Pour quitter une planète de la même taille de la Terre mais beaucoup plus dense (plus massive) il me faudrait aller plus vite. Pour quitter une planète de la même masse que la Terre mais beaucoup plus petite il me faudrait également aller plus vite. Si ce dernier point ne vous paraît pas évident faites l’expérience suivante : attachez une pierre à une ficelle et faites-la tourner comme une fronde à vitesse constante. Toujours en tournant, enroulez la ficelle autour de votre main. Au fur et à mesure que la ficelle raccourcit la pierre accélère. C’est la même chose pour les satellites : plus il sont proches de la Terre plus ils doivent aller vite pour se maintenir en équilibre (sinon ils retombent). Quand on est plus proche du centre de masse il faut aller plus vite pour s’en échapper.

Vous le savez tous (sinon je vous l’apprends) une étoile est une masse de gaz qui s’est « allumée ». En se concentrant, la pression dans un gaz augmente et le gaz s’échauffe (touchez le tuyau de votre pompe à vélo juste après avoir frénétiquement gonflé le pneu). Quand la pression et la température du gaz sont suffisamment élevées, une réaction nucléaire se déclenche : l’étoile est née. Durant sa vie l’étoile est en équilibre stable : d’un côté la force de gravité liée à la masse énorme de l’étoile tend à attirer le gaz vers son centre, de l’autre les réactions nucléaires expulsent ce gaz vers l’extérieur. Mais que se passe-t-il au bout d’une dizaine de milliards d’année (pour une étoile de la taille du soleil) ? Tout le combustible est brûlé ! L’équilibre est rompu et la gravité l’emporte. L’étoile s’effondre sur elle-même. Sans rentrer dans les détails techniques sachez qu’après une phase cataclysmique (expulsion des gaz résiduels dans une titanesque explosion tellement lumineuse que cette supernova est parfois visible en plein jour depuis la Terre) ce qui reste de l’étoile peut devenir un noyau extrêmement dense. Imaginez par exemple un dé à coudre de cette matière qui aurait la masse de la Terre !

Si vous avez bien suivi ce qui précède vous êtes mûrs pour comprendre ce qu’est un trou noir. Il s’agit d’un résidu d’étoile tellement petit et tellement dense que la vitesse de libération serait supérieure à celle de la lumière. Or rien ne peut aller plus vite que la lumière. La lumière elle même ne peut donc s’échapper de la zone d’attraction créée par ce petit corps. Cette zone est donc noire. Inutile de vous dire qu’à proximité immédiate de cette zone l’attraction est encore très forte. La lumière est tellement déviée qu’il se produit des phénomènes optiques surprenants : images multiples d’étoiles, apparition aux abords du trou noir d’étoiles qui se trouvent derrière etc. Pour ceux qui souhaiteraient un côté plus visuel, Alain Riazuelo du CNRS s’est « amusé » à faire une simulation informatique de ce que verrait un voyageur qui passerait à proximité d’un trou noir (j’en profite pour citer les références de l’image qui se trouve en tête de cet article : A. Riazuelo, IAP/UPMC/CNRS ). C’est sans doute plus étrange que ce que nous en proposent traditionnellement les illustrateurs de SF. Notez quand même qu’un tel voyageur ne survivrait pas longtemps à cette aventure : la différence d’attraction entre ses pieds et sa tête serait tellement forte qu’il serait proprement écartelé avant d’avoir eu le temps de dire « ouf ».

L’existence des trous noirs découle de la Relativité générale. Cette mise en évidence par l’image est une preuve supplémentaire qu’Einstein était quand même un génie !

La fin du monde attendra un peu !