Le trou noir et le côté obscur de la force

Le trou noir, c’est un peu le Dark Vador de la force de gravité. Il est en fin de vie mais est plus puissant que jamais et ne rêve que d’engloutir tout ce qui passe à sa portée. Et bien sûr, ce qui intéresse tout le monde, c’est la façon dont il est passé du côté obscur. En d’autres termes, comment un trou noir naît-il ? C’est cette question qu’éclaire la toute récente découverte des astrophysiciens Heino Falcke et Luciano Rezzolla.

Revenons d’abord rapidement sur la jeunesse du trou noir. Sa vie commence sous forme d’une étoile très massive. Toute son existence est consacrée à lutter contre la gravité, qui tend à l’écraser sur elle-même. Tant que l’étoile peut réaliser la fusion nucléaire en son cœur, il est facile de contrebalancer la gravité. Mais quand le carburant vient à manquer, les choses se corsent ! L’étoile s’effondre sur elle-même jusqu’à ce que sa taille soit comparable à celle de la Terre. On l’appelle alors naine blanche. Sa densité est telle que les électrons, serrés les uns contre les autres, deviennent un peu dingues et s’agitent dans tous les sens, si bien qu’ils sont capables d’arrêter l’effondrement !

La naissance du trou noir

Mais si l’étoile est vraiment très massive, cela ne suffira pas à la sauver. L’effondrement va continuer jusqu’à ce les neutrons se mettent à leur tour à s’agiter. L’étoile est alors appelée étoile à neutrons. Et si la masse de l’étoile est suffisante, la gravité finit par gagner et l’étoile se transforme alors en trou noir. On peut définir simplement un trou noir comme un endroit où une énorme quantité de matière est concentrée dans un tout petit volume, de telle sorte que, en dessous d’une certaine distance au trou noir, appelé horizon, rien ne peut échapper à son attraction gravitationnelle, pas même la lumière.

Vous comprendrez alors facilement qu’observer ces trous noirs, qui par définition n’émettent pas de lumière, est un sacré challenge ! Aujourd’hui, il n’existe pas encore de photo d’un trou noir, même si des instruments sont développés pour atteindre cet objectif. Notre seul moyen de les débusquer est de chercher des preuves indirectes, comme par exemple de la lumière émise par la matière en train d’être dévorée par le trou noir.

Les adieux de l’étoile à neutrons

C’est au cours de cette recherche que nos deux astrophysiciens ont découvert un signal qui pourrait bien être le dernier message d’une étoile à neutrons avant son engloutissement en trou noir. Ou si on préfère le verre à moitié plein, le premier message du trou noir nouvellement formé. Ce signal extrêmement court et puissant a été capté par des radiotélescopes, c’est-à-dire des télescopes recevant non pas la lumière visible par nos yeux, mais une lumière de plus basse énergie, en deçà de l’infrarouge.

A l’aide de modélisations numériques, les astrophysiciens ont envisagé plusieurs scénarios pour expliquer ce flash lumineux. Voici le scénario le plus probable : une étoile à neutrons très massive est en rotation rapide, ce qui lui permet momentanément de ne pas s’effondrer. Mais cette étoile à neutrons possède un champ magnétique, comme celui d’un aimant, qui va ralentir sa rotation petit à petit. Il arrive alors un moment où elle ne tourne plus assez vite et, vous devinez la suite, la gravité gagne encore !

L’étoile à neutrons se transforme alors en trou noir. Cette transformation va avoir pour effet de couper les lignes de champ magnétique de l’étoile qui vont se replier brutalement, générant un intense flash lumineux. Ce genre d’événement est désormais appelé «blitzar» (de Blitz signifiant flash en allemand). Les astrophysiciens ont désormais un nouveau moyen de détecter la naissance de ce type de trous noirs, de quoi mieux comprendre la formation de ces monstres de l’obscurité.

Article rédigé par Sarah Fechtenbaum le 10 juillet 2013.

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