Le bestiaire de l'astrophysique regorge de créatures étranges, mais les plus mystérieuses sont sans conteste les trous noirs, d'une compacité extrême, invisibles et pourtant accidents ordinaires de notre espace-temps. Maelströms emportant dans leur ronde matière, espace et temps, machines à produire de l'énergie, possibles portes de passage vers d'autres univers, ils fascinent les physiciens par leurs étonnantes propriétés. Des microscopiques aux géants, en passant par les stellaires, les trous noirs se révèlent aux astrophysiciens selon une panoplie de phénomènes allant des hypernovae aux noyaux de galaxies, en passant par les sources X binaires et les lentilles gravitationnelles. Ils semblent aussi devoir jouer un rôle prépondérant dans le destin à très long terme de l'Univers.
1. Formation des trous noirs
Par suite de l'effondrement gravitationnel du cœur des étoiles lorsque tout leur combustible thermonucléaire (hydrogène, hélium...) est épuisé, l'évolution stellaire aboutit à l'expulsion plus ou moins violente de l'atmosphère gazeuse (nébuleuse planétaire ou supernova) et à la formation d'astres résiduels extrêmement condensés. Les naines blanches et les étoiles à neutrons appartiennent à cette variété étrange de corps compacts, mais leurs masses ne peuvent être supérieures à 3 masses solaires (MS).
Il existe un autre type d'étoile, extrêmement rare (au mieux une étoile sur dix mille), dont la masse initiale est supérieure à 40 MS. Ces étoiles brûlent leurs réserves de « carburant » à un rythme effréné et meurent au bout de quelques millions d'années, dans une explosion colossale appelée hypernova, libérant cent fois plus d'énergie qu'une supernova. Les modèles d'évolution indiquent qu'une telle étoile développe un cœur de matière dégénérée dépassant 3 MS. Dès lors, la compression gravitationnelle ne peut plus être compensée par les forces de répulsion des électrons ou des neutrons dégénérés, et l'effondrement continue à écraser la matière sur elle-même sans plus rencontrer […]
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