Introduction à la théorie des trous noirs/Localisation des trous noirs et théories
Un trou noir au centre de notre galaxie
[modifier | modifier le wikicode]Depuis le début des années 2000, les astronomes ont la confirmation de la présence d’un trou noir au centre de notre galaxie, la Voie Lactée. Le seul moyen d’identifier un trou noir consiste à étudier ses effets sur la matière environnante puisque le trou noir est par définition invisible : même la lumière ne peut s'échapper de son attraction.
Andrea Ghez de l’Université de Californie à Los Angeles, a découvert en analysant des photographies du centre de notre galaxie prises à un an d'intervalle que, dans ce secteur, la trajectoire des étoiles est perturbée par une intense source attractive. D'après ses calculs, les étoiles tournent à une vitesse dix fois plus rapide que celle d'une étoile classique : elles vont jusqu'à 4,8 millions de km/h. La seule explication à un tel phénomène serait la présence d'un objet 2,6 millions de fois plus massif que le Soleil. Une telle masse concentrée dans une région de la taille d'une étoile ne peut être qu'un trou noir. C'est grâce au télescope Keck situé au sommet du Mauna Kéa sur l’île d’Hawaï et à une nouvelle technique d'interférométrie infrarouge permettant d'augmenter la qualité des images qu'a été faite cette découverte.
On sait de nos jours que l’on retrouve des trous noirs au centre des grandes galaxies : En suivant la trajectoire de six étoiles entre 1995 et 1999, Andrea Ghez et John Kormendy ont confirmé en 2000 l’existence d’un trou noir supermassif au centre de notre galaxie. Attirées par le trou noir, certaines étoiles tournent autour de lui à plus de 1 500 km/s, soit 50 fois plus vite que la terre autour du Soleil, et ne cessent d’accélérer. Certaines auraient même déjà atteint 4,8 millions de km/h
Loin d’être un dévoreur glouton d'étoiles et de gaz interstellaire, le trou noir situé au centre de la Voie Lactée est plutôt petit. Le gaz qui y échoue lui permet d'émettre des rayons X, mais l'émission est faible, excepté quelques sursauts qui proviendraient, pense-t-on, de la capture de gros fragments de matière de la taille d'une grosse comète.
Si on compare la densité d’une planète comme la Terre, d’un satellite naturel comme la Lune et celle d’une étoile comme notre Soleil avec celle d’un trou noir, on obtient les chiffres suivants :
- Densité moyenne du Soleil : 1 410 kg/m3
- Densité moyenne de la Lune : 3 360 kg/m3
- Densité moyenne de la Terre : 5 500 kg/m3
- Densité moyenne d'un trou noir : 100 000 000 milliards kg/m3
Il peut sembler étonnant que notre planète soit plus dense que le Soleil, mais ce dernier étant si immense, sa masse est 333 000 fois celle de la Terre. Quant à la densité estimée d'un trou noir, elle est incomparablement plus élevée. Mais, dans la pratique, les astronomes s'intéressent moins à la densité d'un trou noir qu’à sa masse globale. Ainsi, ils estiment que le trou noir au cœur de notre galaxie correspond à près de 2,6 à 3 millions de fois la masse de notre Soleil alors que les plus gros trous noirs connus auraient une masse des milliards de fois celle du Soleil.
Combien y a-t-il de trous noirs dans l’Univers ?
[modifier | modifier le wikicode]Difficile de répondre à cette question, mais on sait maintenant que la présence de trous noirs provient à la suite de phénomènes courants dans notre Univers, l’évolution des étoiles et la mort de celles-ci. Nous savons aujourd’hui grâce à des calculs statistiques que les trous noirs sont nombreux dans notre Univers. Dans une galaxie comme la nôtre, qui est âgée d’environ 12 milliards d’années, des dizaines de générations d’étoiles supergéantes ont pu évoluer. Ce qui fait qu’il existerait probablement plus de cent millions de trous noirs dans notre galaxie.
Et si on considère qu’il y a près de 100 milliards de galaxies dans notre Univers, on doit alors en tenir compte dans notre évaluation, même si toutes ces galaxies n’ont pas les mêmes dimensions.
Quant aux trous noirs géants que nous retrouvons au centre des grandes galaxies, le pourcentage de galaxies qui en accueillent semble très important. Ce qui fait qu’en tout, on peut estimer que, dans l’Univers observable, il doit exister quelques milliards de milliards de trous noirs
Trou blanc et trou de ver
[modifier | modifier le wikicode]De nos jours, on pense que le centre de la plupart des grandes galaxies serait en réalité un trou noir. Pour certains, ces trous noirs seraient accompagnés d’un trou de ver avec, à son autre extrémité, un trou blanc. Pour certains autres, ces trous noirs seraient le passage conduisant vers d’autres galaxies lointaines ou encore vers d’autres univers. Cependant, ce ne sont que des hypothèses pour le moment, rien ne les prouve de façon précise. Il est bien évident qu’il reste beaucoup de choses à apprendre au sujet de ces trous noirs.
Les trous de ver sont une possibilité mathématique émergeant de la théorie d’Albert Einstein. Si vous avez vu le film «Contact» avec Judie Foster; les tunnels intergalactiques au travers desquels celle-ci voyage sont une belle représentation de ce phénomène. Leur principe d’action est plus ou moins semblable à celui des trous noirs, sauf qu’il est possible d’en ressortir. C’est par une déformation extrême du continuum espace-temps que ces tunnels s’ouvrent. Malheureusement, les calculs démontrent l’extrême instabilité du processus. Nous devons donc nous contenter des histoires de science-fiction que les trous de ver peuvent faire germer dans l’esprit des auteurs sans trop espérer qu’un jour cela devienne un moyen de transport pour voyager dans l’Univers. Pour l’instant, on n’a rien observé dans le ciel qui ressemble de près ou de loin à un trou blanc. Les nouvelles théories développées par les scientifiques pour comprendre les états ultimes de la matière, comme la théorie des cordes, tendent à démontrer aujourd’hui que les trous noirs n’ont sans doute pas de dimensions ou de masses infinies. Ces astres ont probablement une limite : un point où espace-temps, énergie et matière s’unissent ensemble. Les prochaines générations de scientifiques pourront peut-être résoudre cette énigme.
