Un trou noir est une région de l'espace‑temps où la gravité est si forte que rien ne peut s'échapper. Même les particules ou le rayonnement électromagnétique comme la lumière peuvent partir. Selon une théorie de la relativité générale, une masse suffisamment compacte peut déformer l'espace‑temps pour former un trou noir. Mais savez‑vous qui a conceptualisé l'existence d'un trou noir ?

 

John Michell a proposé le concept de trous noirs en 1783, les appelant initialement « étoiles sombres » et proposant une méthode pour les détecter en recherchant des systèmes stellaires qui montraient les effets gravitationnels de deux étoiles alors qu'une seule étoile était visible.

L'Histoire du trou noir

Dans une lettre publiée en novembre 1784, le pionnier anglais de l'astronomie et clergé John Michell proposa brièvement l'idée d'un corps si massif que même la lumière ne pouvait s'en échapper. Les calculs simplistes de Michell supposaient qu'un tel corps aurait la même densité que le soleil, et il conclut qu'il se formerait lorsqu'un diamètre d'étoile dépasse celui du soleil d'un facteur de 500, et que la vitesse d'échappement à sa surface dépasse la vitesse habituelle de la lumière. Ces corps furent appelés étoiles sombres.
Il observa correctement que de tels corps supermassifs mais non rayonnants pouvaient être détectés par leurs effets gravitationnels sur les corps visibles à proximité. Les savants de l'époque furent d'abord enthousiasmés par l'idée que d'énormes étoiles sombres invisibles pouvaient se cacher à la vue de tous, mais l'enthousiasme diminua lorsque la nature ondulatoire de la lumière fut découverte au début du XIXe siècle ; si la lumière était une onde plutôt qu'une particule, il n'était pas clair quelle influence, le cas échéant, la gravité aurait sur les ondes lumineuses s'échappant. (Source : Gizmodo)

Les propriétés et la structure d'un trou noir

Un trou noir est composé de deux éléments de base : la singularité et l'horizon des événements. L'horizon des événements est le point de non retour autour d'un trou noir. Ce n'est pas une surface physique, mais plutôt une sphère entourant le trou noir qui marque le point où la vitesse d'échappement égale la vitesse de la lumière. Son rayon est le rayon Schwarzschild précédemment mentionné.

Une chose à propos de l'horizon des événements, une fois que la matière y pénètre, elle tombe vers le centre. Avec une gravité aussi forte, la matière se compresse en un point. En un volume extrêmement petit avec une densité ridiculement élevée.
La singularité est le nom donné à ce point, car il est infinitésimalement petit et possède une densité essentiellement infinie. Les lois de la physique sont susceptibles de s'effondrer à la singularité. Les scientifiques travaillent d'arrache‑poste pour mieux comprendre ce qui se passe à ces singularités, ainsi que pour développer une théorie globale qui décrit mieux ce qui se passe au centre d'un trou noir. (Source : NASA)

Si un trou noir est invisible, comment ont‑ils été détectés en premier lieu ?

Les trous noirs ne peuvent pas être observés directement avec des télescopes qui détectent les rayons X, la lumière ou d'autres formes de rayonnement électromagnétique. Nous pouvons toutefois déduire la présence de trous noirs et les étudier en observant leurs effets sur d'autres matières à proximité. (Source : NASA)