Les trous noirs sont des objets astrophysiques fascinants. Depuis un siècle, ils passionnent le grand public ainsi que les physiciens du monde entier, qui les étudient toujours avec grand intérêt. L’un des mystères qui subsistent est leur formation, qui est encore aujourd’hui mal comprise.
Qu’est-ce qu’un trou noir ?
Le concept de trou noir date en France de Pierre-Simon de Laplace (1796), qui se demandait s’il était possible qu’un objet soit tellement dense que sa vitesse de libération (la vitesse minimale pour se libérer de l’attraction gravitationnelle d’un astre) soit supérieure à la vitesse de la lumière (qui vaut environ 300 000 km/s).
La vitesse de libération est la vitesse dont a besoin un corps pour échapper à l’attraction gravitationnelle d’un astre. Sur Terre, la vitesse de libération vaut 11,3 km/s (soit presque trente mille fois moins que la vitesse de la lumière), ce qui veut dire qu’un objet comme une fusée doit atteindre cette vitesse pour pouvoir sortir dans l’espace.
Si la masse de la Terre était concentrée dans une sphère d’environ 9 mm de rayon, la gravité serait beaucoup plus grande, ce qui pourrait alors piéger la lumière. Il faut donc un astre beaucoup plus dense que la Terre pour piéger la lumière.
Cette idée a été reprise en 1916, un an après qu’Einstein a publié la théorie de la relativité générale, par le physicien allemand Karl Schwarzschild : il démontre qu’un objet suffisamment dense peut empêcher la lumière de s’en échapper.
Si de la matière ou de la lumière est située à l’intérieur de l’horizon des évènements d’un trou noir, elle ne pourra pas s’en échapper : cet horizon est la « limite » du trou noir. C’est la surface d’une sphère dont le rayon est appelé rayon de Schwarzschild (qui est donc la « taille du trou noir »). Ce rayon est proportionnel à la masse de l’objet et est très petit : un trou noir d’une…
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Auteur: Romain Codur, Professeur de Physique, Dynamique des fluides et Modélisation, École de Biologie Industrielle (EBI)
