Un trou noir est une région de l'espace-temps où la gravité est si intense – due à une masse colossale concentrée dans un espace infime – que rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper. Il constitue un point de non-retour (horizon des événements), se formant généralement lors de l'effondrement d'étoiles massives en fin de vie. Les trous noirs n'“ aspirent ” pas tout l'univers ; leur comportement gravitationnel est similaire à celui de tout autre corps de masse comparable.
Principales caractéristiques d'un trou noir :
horizon des événements Il s'agit de la limite conventionnelle d'un trou noir. Tout ce qui la franchit reste piégé à jamais. C'est la dernière ombre, une lueur noire et profonde capable d'absorber toute la lumière et de ne jamais la restituer. Qu'est-ce que cela signifie concrètement ? C'est la dernière ombre avant le noir absolu, capable d'absorber toute la lumière et de ne jamais la laisser s'échapper.
Singularité: Au centre d'un trou noir, la densité de matière et la force de gravité tendent vers l'infini, et les lois connues de la physique cessent de s'appliquer. À l'intérieur d'un trou noir, le temps et l'espace inversent leurs rôles. Le temps ne s'écoule pas “ vers l'avant ” mais est “ bloqué ” sur le chemin de la singularité, et tout mouvement dans l'espace est inévitable vers le centre.
Invisibilité: Comme la lumière ne s'échappe pas, les trous noirs ne peuvent pas être observés directement. Leur présence est détectée en observant leur influence sur l'environnement (par exemple, l'attraction de matière et la création de disques d'accrétion).
Les trous noirs stellaires se forment suite à l'effondrement du cœur d'une étoile massive en fin de vie. La matière (étoiles, gaz) est attirée, créant un disque tourbillonnant et extrêmement chaud qui émet un rayonnement intense (rayons X, rayons gamma).
Dans un trou noir, la matière est comprimée par une gravité extrême vers la singularité centrale, où l'espace-temps se courbe à l'infini, violant les lois de la physique connue. Un objet (ou un astronaute) est alors étiré et comprimé comme un spaghetti. La matière qui tombe dans un trou noir crée un disque d'accrétion chaud et incandescent, émettant des radiations avant de franchir l'horizon des événements, au-delà duquel rien ne peut s'échapper, pas même la lumière. À l'intérieur de cet horizon, le temps et l'espace semblent s'inverser, et tout mouvement est uniquement possible vers le centre.
Les trous noirs connus appartiennent le plus souvent à l'un de ces deux groupes :
trous noirs de masse stellaire (environ plusieurs à une douzaine de masses solaires),
Des trous noirs dont la masse est au moins 100 000 fois supérieure à celle du Soleil.
Les trous noirs stellaires se forment à la suite de l'effondrement gravitationnel d'étoiles très massives en fin de vie.
Une autre catégorie est celle des trous noirs supermassifs, dont la masse dépasse des millions de masses solaires. On soupçonne que de tels trous noirs se situent au centre de la plupart des galaxies. L'augmentation de masse principale d'un trou noir massif au centre d'une galaxie typique se produit lorsque celle-ci traverse une phase d'activité intense. Ces trous noirs sont considérés comme les moteurs des noyaux galactiques actifs, tels que les quasars. Extrêmement denses, leur attraction gravitationnelle est telle que même la lumière ne peut s'en échapper. Il existe des preuves convaincantes de l'existence d'un trou noir d'environ 4 millions de masses solaires au centre de la Voie lactée.
L'objet Q0906+6930 contient un trou noir d'une masse supérieure à 10 milliards de masses solaires.
Il existe également des trous noirs de masse intermédiaire entre les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs, et les trous noirs les plus massifs sont parfois appelés ultramassifs.
Le 14 septembre 2015, LIGO (Observatoire d'ondes gravitationnelles par interférométrie laser) a enregistré pour la première fois de l'histoire des ondes gravitationnelles suite à la collision de deux trous noirs situés à 1,3 milliard d'années-lumière de la Terre. Cette observation confirme les prédictions théoriques d'Einstein et d'autres scientifiques quant à la possibilité d'un tel événement. Premièrement, elle confirme l'existence des systèmes binaires de trous noirs dans l'espace. Deuxièmement, elle ouvre la voie à l'observation concrète de la nature de la gravité et à la compréhension des phénomènes spatiaux, notamment le Big Bang et les événements qui ont suivi. Cette découverte a été officiellement annoncée le 11 février 2016, après plusieurs mois de vérification des résultats.
