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 de résistance : un trou noir dit « stellaire » se forme.
La naissance d'un trou noir stellaire en plusieurs étapes est également possible : il existe nécessairement des couples serrés d'étoiles à neutrons, dont l'énergie orbitale décroît au cours du temps au point de rapprocher les composantes et de provoquer leur collision à des vitesses de l'ordre de 100 000 kilomètres par seconde. La coalescence de deux étoiles à neutrons forme un trou noir.
Ces divers processus, schématisés dans la figure 1, conduisent à penser que notre Galaxie pourrait abriter environ cinquante millions de trous noirs d'origine stellaire.
À plus grande échelle, des amas denses et compacts d'étoiles, dits « globulaires », peuplent en nombre les halos galactiques. Les plus massifs d'entre eux subissent l'effondrement gravitationnel de leurs régions centrales, la fusion de nombreuses étoiles formant des trous noirs dits « intermédiaires » […]
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