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Les trous noirs
Si le cœur de l'étoile qui a explosé est suffisamment lourd, il se transforme en un objet encore plus étrange qu'une étoile à neutrons: un trou noir, de quelques kilomètres de diamètre seulement, mais d'une densité inouïe. Cet objet présente une telle force d'attraction qu'il engloutit à jamais tout ce qui vient le frôler de trop près! Sa force est si grande que rien ne peut en sortir. Un trou noir retient jusqu'à sa propre lumière, d'où son nom. Il est invisible, mais les astronomes peuvent cependant le détecter à cause des perturbations qu'il provoque autour de lui.
L'horizon d'un trou noir marque la frontière ultime entre le monde hysique, extérieur et l'intérieur de l'astre, où rien de ce que l'on connaît n'a plus cours. Il délimite ainsi la taille effective du trou noir.
Toute particule de matière ou de lumière qui franchit cette frontière immatérielle se trouve irrémédiablement précipitée vers la singularité centrale du trou noir, et nous ne pourrons plus en capter la moindre information. Région d'intense rayonnement, l'horizon d'un trou noir est aussi l'endroit où la matière condamnée jette ses derniers feux et nous permet ainsi de détecter l'astre obscur.
La lumière, même si elle n'a pas de masse, est sensible à la gravitation: c'est ce que nous apprend la relativité générale. Dès lors, il peut exister des astres suffisamment denses pour engendrer un champ gravitationnel tel que la vitesse de libération nécessaire pour leur échapper est supérieure à celle de la lumière. Plus rien ne peut en sortir, pas même la lumière. La limite au-delà de laquelle toute particule de matière ou de lumière tombe inévitablement vers le centre est appelée horizon du trou noir ou horizon des événements.
Cette surface immatérielle définit une sphère autour du trou noir, dont le rayon est appelé "rayon de Schwarzschild", en référence à l'astrophysicien allemand Karl Schwarzschild qui calcula sa valeur au début du XX siècle. Ce rayon est déterminé par l'équation suivante: R=2GM/c2, où c'est la vitesse de la lumière et G la constante de gravitation. Ces deux paramètres étant constants (même s'il existe des incertitudes sur la valeur de G), le rayon de l'horizon dépend donc de M, la masse du trou noir. L'horizon lui-même est défini comme la ligne sur laquelle la vitesse de libération est exactement égale à la vitesse de la lumière. Cet horizon ne peut être franchi que dans un seul sens: les particules venues de l'extérieur peuvent pénétrer dans le coeur du trou noir; celles situées à l'intérieur, en revanche, n'ont aucune possibilité de sortir, ou de communiquer avec le monde extérieur. Quand le trou noir est en rotation, la géométrie de l'horizon est légèrement différente. Selon le modèle développé par le mathématicien néo-zélandais Roy Kerrr dans les années 1960, il existe alors au moins deux horizon: l'ergosphère, où la rotation du trou noir entraîne avec elle l'espace-temps alentours, et l'horizon proprement dit trou noir. Pour les astrophysiciens, ce modèle est plus réaliste que celui de Schwarzchild dans la mesure où les trous noirs naissent de l'effondrement d'astres en rotation.
Dans le modèle de Kerr, la matière environnante, attirée par le trou noir, ne s'y engouffre pas directement: une fois entrée dans l'ergosphère, elle tourbillonne en formant un disque autour de l'horizon du trou noir avant d'être avalée. Très fortement accélérée par l'intense champ de gravitation, elle s'échauffe jusqu'à plusieurs millions de degrés et libère des rayonnements de haute énergie qui trahissent la présence du trou noir. C'est effectivement par ce processus et par l'extrême luminosité régnant à la frontière de l'horizon que les astronomes détectent la présence de trous noirs dans l'Univers.
Les quasar
Un quasar n'est autre qu'une lointaine galaxie qui abrite en son coeur un trou noir supermassif en pleine activité: il engloutit des profusions d'étoiles et de gaz. Or au centre de la Voie lactée se trouve un trou noir supermassif, mais celui- ci n'est pas actif, car un équilibre est installé. Certains astronomes pensent néanmoins qu'il était actif par le passé, puis qu'il s'est endormi
L'histoire des galaxies est jalonnée de points d'interrogation, d'énigmes que les astronomes résolvent au coup par coup. Il en va ainsi du passé de notre propre galaxie, la Voie lactée. Ils sont pratiquement sûrs aujourd'hui que celle-ci abrite en son coeur un trou noir supermassif, concentrant de 1 à 2,6 millions de fois la masse du Soleil. Cet astre ne se fait pas réelement remarquer: aujourd'hui, les étoiles et le gaz interstellaire du bulbe galactique tournent autour de lui à relativement bonne distance. Il serait en quelque sorte assoupi: aujourd'hui, il ne provoquerait pas cette débauche de rayonnements caractéristiques des monstres logés au coeur des galaxies actives et des quasars. Mais la Voie Lactée a-t-elle pu être un quasar par le passé? En d'autre termes, son trou noir central a-t-il été actif, engloutissant toute la matière qui passait à sa porté, avant de s'endormir? L'hypothèse est aujourd'hui prise très au sérieux par les astronomes, même si elle n'est pas encore entièrement validée. En effet, sachant que les quasars correspondent à des astres le plus souvent lointains, donc jeunes, il n'est pas aberrant de considérer que la Voie Lactée elle-même a été, dans sa jeunesse, le siège d'une grande activité.
Pour les astronomes, un scénario plausible se dessine: la Voie Lactée pourrait être née de la collision de deux petites galaxies, qui auraient fusionné. Les titanesques perturbations gravitationnelles engendrées par cet événement auraient conduit à la formation d'un trou noir massif, environné de beaucoup de matière, laquelle s'y serait précipitée. Le trou noir, actif, aurait ainsi tout gobé autour de lui, jusqu'à ce qu'il n'ait plus rien à se mettre sous la dent, et qu'un équilibre s'établisse... Repu, le trou noir se serait alors endormi. Mais il pourrait encore se réveiller par intermittence. Ainsi, des observations en rayons gamma réalisées en 2005 ont suggéré que, voilà 350 ans à peine, ce monstre aurait connu une période de grande activité, devenant brièvement 1 million de fois plus lumineux qu'aujourd'hui.
