C’est la semaine des trous noirs et voilà ce que la science a appris récemment sur eux

Cette semaine, c'est la semaine des Trous Noirs (apparemment ça existe). L'occasion de rappeler de manière simple ce que sont ces objets étonnants ! Tout d'abord, un peu d'histoire : au 18ème siècle, Isaac Newton publie sa théorie de la Gravitation Universelle. Les objets s'attirent, et plus ils sont massifs et proches, plus cette attraction est forte! C'est cette gravitation qui empêche mes étudiants de se lever le vendredi.

La gravitation agit ainsi sur ce que l'on jette. Jetez une pierre, elle devrait retomber. Si vous lancez une fusée, elle va quitter la Terre. Pour s'échapper de la gravité terrestre, il faut dépasser une certaine vitesse, qu'on appelle la vitesse d'échappement. 

La théorie de la gravitation montre que cette vitesse d'échappement dépend de la masse de l'objet considéré, et de la distance au centre de l'objet. Plus un objet est massif et petit, plus il est difficile de s'en échapper. 

En 1784, l'astronome anglais John Michell propose alors que si un objet astronomique est très dense, sa vitesse d'échappement pourrait devenir plus grande que celle de la lumière! Du coup tout ce qui rentre ne pourrait pas s'en échapper. C'est le concept classique du trou noir : un objet tellement dense qu'il faudrait aller plus vite que la lumière pour en sortir. Et là on en vient à Einstein qui a postulé dans le cadre de sa théorie de la relativité que rien ne pouvait aller plus vite que la lumière.

La description d'un trou noir selon nos connaissances actuelles est bien plus complexe. Tout objet déforme ce que l'on appelle l'espace-temps. Plus l'objet est massif, plus l'espace-temps est déformé : cela influence l'orbite des planètes, la propagation de la lumière etc... Le trou noir courbe l'espace temps si fortement que la lumière ne peut pas en sortir.

Mais d'où viennent ces trous noirs, et est-ce qu'ils existent? 

Il y a à priori deux principales façons de former un trou noir : lorsqu'une étoile s'effondre en supernova, sa masse va se concentrer dans un tout petit volume, pour peut-être donner un trou noir. Des trous noirs se sont aussi formés juste après le Big Bang. 

Depuis quelques années, on peut même en observer. Savez-vous qu'au centre de la galaxie trône un trou noir dont la masse est 4 millions de fois celle du soleil ? On peut faire des observations d'étoiles orbitant autour de ce monstre.

Depuis quelques années, on peut même en observer! Savez vous qu'au centre de la galaxie trône un trou noir dont la masse est 4 millions de fois celle du soleil? Voici des observations d'étoiles orbitant autour de ce monstre! pic.twitter.com/eE9cM5WTIN

— Eric Lagadec (@EricLagadec) May 3, 2023

 Avec les détecteurs d'ondes gravitationnelles, on peut maintenant "voir" des trous noirs fusionner à des milliards d'années lumière de nous! 

En 2019, nous avons obtenu la première image d'un trou noir, celui du centre de la galaxie M87. Ce trou noir supermassif a une masse supérieure à 6,5 milliards de fois celle du soleil et sa taille est équivalente à trois fois l'orbite de Pluton.

En 2019, on a même pu obtenir la première image d'un trou noir, le trou noir supermassif au centre de la Galaxie M87. Il a une masse supérieure à 6.5 MILLIARDS (!!!) de fois celle du soleil, et sa taille est équivalente à 3 fois l'orbite de Pluton. pic.twitter.com/XZynMfAiWb

— Eric Lagadec (@EricLagadec) May 3, 2023

 En mai 2022, un moment historique a été vécu grâce au travail de centaines de chercheurs qui ont réussi, pour la première fois, à fournir une image de l'ombre du trou noir supermassif au centre de la galaxie ainsi que du gaz qui l'entoure!

En mai 2022, nous avons vécu un moment historique.. Le travail de centaines de chercheurs a permis, pour la première fois, de fournir une image du trou noir supermassif au centre de la galaxie: au centre son ombre et autour du gaz!🤩 pic.twitter.com/UayOwxhbgJ

— Eric Lagadec (@EricLagadec) May 3, 2023

L'Event Horizon Telescope, qui a pris cette image, peut voir 3 millions de fois mieux que l'œil humain. Depuis New York, il permettrait d'observer une bulle dans un verre de bière à Munich!!! Cela est possible grâce à un réseau de 11 télescopes répartis à travers la Terre.

Cela a été réalisé grâce à un réseau de télescopes de la taille de la Terre ou presque.

Cela a été fait grâce à un réseau de télescopes de la taille de la Terre ou presque. Voici ce réseau de télescopes! @ESOpic.twitter.com/TXEK8Kk2TO

— Eric Lagadec (@EricLagadec) May 3, 2023

Les trous noirs sont souvent des sources de fantasmes, de fiction et de peur, mais saviez-vous que si on remplaçait le soleil par un trou noir de la masse du soleil, l'orbite de la terre ne changerait pas ? Les trous noirs ne sont pas des aspirateurs : il suffit de ne pas s'approcher trop près.

La théorie de la relativité générale d'Einstein explique en gros ce qui est très massif, tandis que la mécanique quantique s'applique aux phénomènes très petits. Nous n'avons pas encore de théorie unifiée qui explique les deux, mais c'est ce dont nous avons besoin pour vraiment comprendre les trous noirs. Qui s'y lance ?