2. Physique des trous noirs
L'existence de trous noirs géants a été imaginée dès la fin du xviiie siècle par le Britannique John Michell (1724-1793) et par le Français Pierre Simon de Laplace (1749-1827) dans le cadre de la théorie de la gravitation de Newton. Par quelques calculs simples, ils montraient qu'il pourrait exister dans l'Univers des astres tellement massifs que même la lumière ne pourrait pas s'en échapper. Ils en concluaient que ces astres hypothétiques seraient invisibles. Cette brillante hypothèse, qui n'a pas suscité d'intérêt à l'époque, a resurgi 150 ans plus tard dans le cadre d'une autre théorie de la gravitation, la relativité générale.
Ce qu'on entend aujourd'hui par trou noir (le terme ne date que de 1968) possède en effet des propriétés non newtoniennes « exotiques » que seule la gravitation relativiste d'Einstein permet de comprendre. Le trou noir doit se comprendre non pas comme une masse qui attire avec une force irrésistible, mais comme une déformation extrême de l'espace-temps. Il a été conceptualisé dès les années 1930, mais sa théorie s'est surtout développée dans les années 1970.
Depuis la publication de la relativité générale par Einstein, en 1915, on sait que la gravitation déforme l'espace et dévie les trajectoires des rayons lumineux. Il est possible de visualiser cette déformation par un puits gravitationnel creusé par les corps dans la trame même de l'espace-temps, qui serait « tissée » par les rayons lumineux. Plus un corps est massif, plus son puits gravitationnel est profond. Le trou noir, stade ultime de l'effondrement gravitationnel, est caractérisé par un puits tellement profond que rien ne peut s'en échapper. Si on y lance un projectile, il sera, quelle que soit sa vitesse, d'office capturé et ne sortira plus jamais. Qu'il s'agisse d'une fusée, d'une particule élémentaire ou d'un rayon lumineux, il tombera au fond du puits.
Plus précisément, la relativité générale associe à tout corps sphérique un rayon critique – appelé rayon […]
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