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De tous les endroits de l'univers où l'on pourrait aller, un trou noir est sans doute l'un des derniers où l'on souhaiterait se trouver. Même si l'on ne connaît que très peu de choses sur les trous noirs, on pourrait penser qu'il n'est pas indispensable de s'y rendre. En réalité, il existe de nombreuses raisons d'éviter les trous noirs, mais si vous voulez savoir précisément ce qui se passerait si vous en rencontriez un, pourquoi ne pas y jeter un coup d'œil ?
Qu'est-ce qu'un trou noir ?
En termes simples, un trou noir est un endroit de l'espace où la gravité est si intense que rien ne peut s'en échapper, pas même la lumière. C'est pourquoi on l'appelle noir : il est physiquement impossible de le voir car la lumière ne peut pas s'en échapper. Sans lumière, il n'y a rien à voir.
Deux types de trous noirs pourraient exister dans notre Univers. Les premiers sont les trous noirs primordiaux. On pense qu'ils se sont formés peu après le Big Bang. Ils seraient moins denses que les trous noirs stellaires.
Le trou noir primordial pourrait s'être formé avant même l'apparition des étoiles. Selon une théorie, des amas de matière denses auraient existé dans l'univers primitif, à une époque où la température était extrêmement élevée et où l'évolution commençait à peine. Ces amas auraient pu s'effondrer sous l'effet de leur propre gravité, formant ainsi une version miniature de ce que nous appelons aujourd'hui un trou noir.
Un type de trou noir plus courant est le trou noir stellaire, qui se forme à l'intérieur d'une étoile. Lorsqu'une étoile devient trop massive en fin de vie — si elle est suffisamment grande, c'est-à-dire environ 25 fois plus grande que notre Soleil — elle s'effondre sur elle-même, devenant si dense qu'un trou noir se forme.
L'Univers renferme également des trous noirs supermassifs, qui, comme leur nom l'indique, sont absolument impressionnants. On les trouve parfois au centre des galaxies. Selon la théorie, ils se sont formés par l'effondrement d'étoiles massives il y a des milliards d'années et, depuis, ces trous noirs, à l'instar des autres étoiles, ont attiré de la matière, grossissant sans cesse. Ils pourraient même avoir absorbé d'autres trous noirs.
Combien y en a-t-il au total ?
En gros, rien ne peut échapper à un trou noir ; la force centrifuge est insuffisante pour s'échapper de quelque chose dont même la lumière ne peut s'échapper. Autrement dit, ils sont extrêmement dangereux. Ils ne sont sûrement pas si courants, n'est-ce pas ? Un peu comme les requins dans l'océan : il faut faire attention. Mais c'est plus difficile à évaluer.
Pendant longtemps, la réponse la plus plausible à la question du nombre de trous noirs dans l'univers était : il y en a beaucoup trop. Trop pour être comptés. Impossible à estimer. En effet, détecter les phénomènes cosmiques est déjà complexe, compte tenu de l'immensité de l'univers. Détecter l'invisible l'est encore davantage. Il faut mesurer les ondes gravitationnelles et les phénomènes observables généralement associés aux étoiles. C'est un peu comme compter les pierres dans un étang en observant les éclaboussures.
Bien sûr, tous les chiffres que nous obtenons ne sont que des estimations ; nous ne fournissons pas de chiffres exacts. Et veuillez nous suivre de la même manière que nous estimons la population terrestre, sans compter littéralement chaque personne. Mais nous avons progressé ces dernières années et nous avons une estimation approximative du nombre de trous noirs qui pourraient exister. Êtes-vous prêts ? Vous devriez peut-être vous asseoir, regarder derrière vous et vous assurer que rien ne risque de vous engloutir dans l'oubli.
En analysant d'importants volumes de données complexes, les astrophysiciens ont calculé qu'il existe environ 40 quintillions de trous noirs dans l'univers. Pour rappel, un quintillion compte 18 zéros.
Quelle taille atteignent-ils ?
Au centre de notre galaxie, la Voie lactée, se trouve un trou noir nommé Sagittarius A*. Ce n'est pas le plus grand trou noir que nous ayons découvert à ce jour. Cependant, pour vous donner une idée de sa taille, il est 4 millions de fois plus grand que notre Soleil.
Un trou noir typique peut être plusieurs fois, voire plusieurs centaines de fois, plus grand que notre Soleil. Il est important de se rappeler que cette taille n'est observée que durant sa formation. Comme tout objet naissant, il va grossir. En commençant à se nourrir, en aspirant les gaz et les particules du système environnant, le trou noir peut se mettre à dévorer d'autres étoiles, devenant ainsi de plus en plus massif. Plus il vieillit, plus sa taille augmente.
Comme nous l'avons mentionné, Sagittarius A est 4 millions de fois plus grande que notre Soleil. Vous serez ravis d'apprendre qu'il s'agit d'une petite galaxie. Il existe également une galaxie appelée Holmberg 15A, qui abrite un trou noir en son centre. Elle est 40 milliards de fois plus grande que notre Soleil.
Les trous noirs supermassifs, comme celui de la galaxie Holmberg 15A, se sont probablement formés durant le premier milliard d'années de notre Univers. Ils ont vraisemblablement englouti plusieurs étoiles au cours de leur existence et pourraient également résulter de la collision de deux galaxies, l'un absorbant l'autre. Ils pourraient aussi accumuler de la matière noire.
Un contraste intéressant réside ici dans les trous noirs primordiaux évoqués précédemment. Ces trous noirs sont beaucoup moins denses que les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs. Bien que cela reste théorique, on estime que certains d'entre eux pourraient être 100 000 fois plus petits qu'un trombone. Il s'agit donc de phénomènes cosmiques relativement minuscules et peu impressionnants de par leur taille. En revanche, leur densité peut être 100 000 fois supérieure à celle de notre Soleil ; une rencontre avec eux ne serait donc peut-être pas judicieuse.
Que se passe-t-il à l'intérieur d'un trou noir ?
Vous aimez les spaghettis ? Vous en conviendrez, c'est délicieux. Et parmi tous les types de pâtes, c'est l'un des meilleurs. C'est facile à manger : il suffit de les enrouler autour de sa fourchette ou de les aspirer, rien de bien compliqué. C'est même amusant ! À moins, bien sûr, que vous ne soyez un grand fan de spaghettis.
La spaghettification est un nom absurde pour le processus qui se produit lorsqu'un objet tombe dans un trou noir de la masse adéquate. La gravité du trou vous attire littéralement vers lui, comme des spaghettis. Si vous avez déjà essayé de vous contorsionner en forme de spaghetti, vous savez que c'est impossible et que c'est mortel.
Même dans un objet aussi petit qu'une navette spatiale, les forces gravitationnelles à l'avant sont nettement plus intenses qu'à l'arrière. Ceci est dû au fort gradient gravitationnel que l'on rencontre en s'approchant du trou noir. Imaginez un bol de gelée que vous aspirez avec une paille en commençant par le haut, au centre.
Le fond du bol ne sera pas endommagé pour l'instant, mais vous détruirez tout ce que la paille touchera. Il en sera de même pour votre vaisseau. Tout s'accumulera dans cette paille, que ce soit prévu à cet effet ou non. Les forces de marée du trou noir vous étireront puis vous déchireront. C'est la spaghettification.
Il est important de se rappeler que la spaghettification n'est pas possible dans tous les trous noirs. Cela dépend en grande partie de la masse du trou noir lui-même. Les trous noirs supermassifs exercent une attraction gravitationnelle si forte que ce gradient ne vous affectera absolument pas. Ce serait une expérience désagréable ; vous seriez simplement aspiré et subiriez toutes les autres horreurs qui en découlent.
D'un autre côté, même si ce n'est pas forcément un avantage, vous mourrez probablement bien avant que cela n'arrive. Autour d'un trou noir se trouve ce qu'on appelle un disque d'accrétion, où s'accumulent toutes les particules de matière qui n'ont pas encore été absorbées. C'est comme un anneau cosmique autour d'une baignoire, toute cette matière visqueuse entourant le centre.
Le problème avec l'anneau d'accrétion, c'est qu'il est soumis à la force gravitationnelle du trou noir lui-même. Il devient si chaud qu'il commence à émettre des radiations. La gravité et la friction se combinent pour produire des rayons X et gamma. Ainsi, avant que le trou noir ne vous réduise en bouillie cosmique, le disque d'accrétion vous incinérera.
Mais ce n'est pas tout ! En raison de la dilatation temporelle inhérente à un trou noir, à mesure que vous approchez de l'horizon des événements, vous semblerez ralentir pour la majeure partie de l'univers. En fait, vous pourriez vous immobiliser complètement et rester figé à ce point par rapport au reste de l'univers, potentiellement pour toujours. Pour parvenir à ce résultat, il faut négliger la spaghettification et les radiations. Mais, comme nous l'avons déjà mentionné, une fois l'horizon des événements franchi, vous n'en ressortirez jamais.
Qu'est-ce qu'un horizon des événements ?
Le terme « horizon des événements » peut paraître un peu difficile à appréhender. Il semble grandiose, n'est-ce pas ? Il contient le mot « événement ». Et « horizon » désigne ce que l'on voit au loin. On pourrait donc penser à quelque chose d'immense, de monumental et d'extrêmement lointain. En réalité, il s'agit simplement de la limite du trou noir. Imaginez-le comme un mur immatériel. C'est la partie qui sépare le trou noir de l'espace environnant.
La caractéristique essentielle d'un trou noir, ce qui rend son horizon des événements si crucial, est qu'il s'agit du point de non-retour. Techniquement, c'est ce qui nous permet de voir un trou noir. Puisque la lumière ne peut s'échapper au-delà de l'horizon des événements, nous devons observer sa limite pour savoir qu'un trou noir existe. C'est là que s'accumulent tous les gaz, la poussière cosmique, les malheureux OVNI et autres objets, ce qui provoque leur réchauffement spectaculaire avant qu'ils ne franchissent cette limite. C'est comme un tourbillon cosmique, appelé halo car il est visible dans une région incroyablement sombre, invisible depuis la Terre.
Peut-on échapper à un trou noir ?
Étant donné la force gravitationnelle si intense que la lumière ne peut s'en échapper, il semble raisonnable et sûr de supposer que rien dans l'univers ne pourrait échapper à un trou noir, à moins de pouvoir voyager plus vite que la lumière. La physique nous apprend que c'est en réalité impossible, sauf dans des cas théoriques. Mais certaines choses peuvent résister à la force gravitationnelle d'un trou noir : les particules subatomiques.
Les trous noirs émettent des jets de plasma remplis de positrons et d'électrons. Ces jets s'échappent du trou noir lui-même, en direction de l'horizon des événements, à des vitesses proches de celle de la lumière. Là, ils rebondissent violemment et sont éjectés au-delà de l'horizon des événements, de nouveau dans l'espace. Mais comment diable cela se produit-il ?
L'hypothèse actuelle est que le trou noir attire toutes ces particules, dont certaines sont des particules d'énergie négative. On peut le comparer à un aliment à calories négatives : un aliment qui nécessite plus de calories pour être digéré qu'il n'en apporte. Ainsi, le trou noir se remplit de ces particules d'énergie négative, qui absorbent son énergie, réduisant sa force globale et accélérant les particules elles-mêmes. À l'intérieur du trou noir, elles gagnent de l'énergie, tandis que le trou noir en perd.
Ainsi, si la plupart des substances ne peuvent jamais s'échapper, il existe des circonstances limitées où des particules le peuvent. Et nous, en revanche ? Nous n'avons aucune chance.
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