Que sais tu sur les trous noirs ?

          Le terme « trou noir » a été inventé par le physicien américain John Wheeler en 1967, pour décrire une concentration de masse-énergie si compacte que même les photons ne peuvent se soustraire à sa force gravitationnelle. Un trou noir est, d'abord et avant tout, caractérisé par l'existence d'un horizon : c'est la surface sphérique dont même la lumière ne peut sortir, et en deçà de laquelle même cette dernière est inexorablement entraînée vers une singularité centrale.

Les trous noirs stellaires se forment à l'occasion de l'effondrement gravitationnel de certainesétoiles massives qui explosent en supernova. On sait qu'il existe des trous noirs dits supermassifs contenant de quelques millions à quelques milliards de masses solaires dans lesgalaxies, mais l'on ne comprend pas bien comment ils se forment. Il pourrait exister desminitrous noirs issus des phases très primitives de l'univers à sa naissance.

On peut considérer que Subrahmanyan Chandrasekhar avait prévu la formation des trous noirsavant tout le monde au début des années 1930 en découvrant qu’une étoile ayant épuisé son carburant nucléaire et dont la masse dépassait 1,44 masse solaire devait s’effondrer sur elle-même. Bien qu’un tel effondrement gravitationnel puisse parfois simplement conduire à la formation d’une étoile à neutrons, il peut aussi conduire à un trou noir, comme Robert Oppenheimer et George Volkoff l’ont montré en compagnie d’Hartland Snyder.

Trous noirs : le prix Nobel de physique pour Chandrasekhar

La théorie des trous noirs fit l’objet d’impressionnants travaux de Chandrasekhar pendant les années 1970. Avec sa découverte de ce qui s’appelle maintenant la masse de Chandrasekhar, ils furent en partie à l’origine de son prix Nobel de physique en 1983. Comme d’habitude pour la remise de ce prix, le lauréat donne une conférence. À la fin de celle du grand astrophysicien indien, on trouve de fascinantes remarques concernant la théorie mathématique des trous noirs, qui sont à peu près les suivantes :

« Je ne sais pas si toute la portée de ce que j'ai dit est claire. Laissez-moi vous expliquer. Lestrous noirs sont des objets macroscopiques avec des masses variant de quelques masses solaires à des milliards de masses solaires. Lorsqu’ils peuvent être considérés comme stationnaires et isolés, ils sont tous, chacun d'entre eux, décrits exactement par la solution de Kerr. C'est le seul cas connu où nous avons une description exacte d'un objet macroscopique. »

« Les objets macroscopiques tout autour de nous sont régis par une variété de forces, décrites par diverses approximations de plusieurs théories physiques. […] En revanche, les seuls éléments de construction de trous noirs sont nos concepts de base de l'espace et du temps. Ils sont ainsi, presque par définition, les objets macroscopiques les plus parfaits de l'univers. Et puisque la théorie de la relativité générale nous fournit une famille de solutions dépendant uniquement de deux paramètres pour leur description, ils sont aussi les objets les plus simples de l’univers. »