TROUS NOIRS
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Détection des trous noirs géants
En revanche, des trous noirs massifs et supermassifs semblent bien être présents au cœur de la plupart des galaxies. Le cas le plus probant concerne Sgr A* situé au centre de notre Galaxie. Ses effets gravitationnels sont très clairement observés sur le mouvement des étoiles proches, dont les vitesses orbitales sont d'autant plus grandes que leur orbite est resserrée (à l'instar de différentes billes en rotation sur les pentes d'un entonnoir profond) – jusqu'à 7 650 kilomètres par seconde pour les plus proches du trou noir. Le mouvement de ces étoiles, analysé en continu depuis le milieu des années 1980, permet de déduire la masse et la taille de Sgr A* : 4,1 millions de MS pour un diamètre de 25 millions de kilomètres.
Le trou noir massif Sagittarius A*
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Crédits : S. Saka, A. Ghez/ W. M .Keck Observatory/ UCLA Galactic center group
La galaxie spirale d’Andromède (M31), la plus proche de nous, contiendrait un trou noir central de 70 millions de MS. Des galaxies encore plus lointaines abritent des trous noirs supermassifs de plusieurs milliards de MS. C’est notamment le cas de la galaxie elliptique géante M87, dont le trou noir central atteint 6,4 milliards de MS. La galaxie TON 618 hébergerait un trou noir hypermassif de 66 milliards de MS.
Pour la vaste majorité de ces galaxies aux formes variées (spirales, elliptiques ou lenticulaires), la luminosité provient de l’ensemble des étoiles qui les constituent, et la masse de leur trou noir central est déduite du mouvement du gaz et des étoiles proches de leur centre. Toutefois, pour environ le centième d’entre elles, la luminosité est essentiellement issue d’un noyau central très compact. Ce sont les galaxies dites « à noyau actif ». Notre Univers observable doit en contenir quelques milliards.
Les galaxies à noyau actif sont les sources de rayonnement électromagnétique les plus puissantes de l’Univers. On distingue généralement plusieurs classes en fonction des caractéristiques du rayonnement émis : les radiogalaxies (qui émettent une large gamme d'ondes radio), les blazars (qui émettent sous toutes les longueurs d’onde et varient rapidement au cours du temps), et les quasars (les plus lumineuses de toutes). Le quasar 3C273, découvert en 1963, a par exemple une luminosité mille fois supérieure à celle de notre Voie lactée tout entière, émise pourtant depuis une région centrale aussi petite que notre Système solaire.
De fait, ces différentes classes correspondraient à un même genre de galaxies à noyau actif, mais observées sous des angles différents, les puissants jets de gaz émis pouvant nous parvenir de biais (quasars), de face (blazars) ou de profil (radiogalaxies). Dans tous les cas, les débauches d’énergie libérées résulteraient de l’accrétion de gaz autour d’un trou noir supermassif situé au centre de la galaxie. L'idée de base est donc la même que pour les sources X binaires, mais l'échelle est tout autre : le trou noir central aurait des masses allant de 10 millions à 10 milliards de MS, et pour produire une énergie équivalente à celle qui est observée dans les quasars, il devrait absorber en gaz l'équivalent de plusieurs étoiles par an.
Ces énormes quantités de gaz requises peuvent provenir de la rupture totale d'étoiles. Un trou noir géant doit en effet être capable d'attirer des étoiles orbitant à proximité et de les faire tomber progressivement dans son puits gravitationnel. Si le trou noir fait entre 5 et 100 millions de MS, une étoile qui pénètre à l'intérieur d'un certain rayon critique est soumise à un puissant effet de marée, dû au champ différentiel de gravitation du trou noir géant. L'étoile se disloque littéralement en émettant un rayonnement caractéristique, cette bouffée parvenant à échapper au trou noir car elle est émise avant que l'étoile ait franchi l'horizon des événements.
Dans un premier temps, la force d’attraction du trou noir, qui s'exerce de façon différente sur les bords opposés de l'étoile, l’étire dans deux directions et l’aplatit fortement dans une autre. En quelques heures, l'aplatissement devient tel que la densité et la température internes s’élèvent suffisamment pour déclencher l'allumage de réactions nucléaires, accompagnées d’intenses ondes de choc : l'étoile est devenue une bombe, expédiant des débris gazeux dans toutes les directions. Certains sont éjectés vers l'extérieur, d'autres continuent à spiraler en direction du trou noir. Lorsqu'ils arrivent à proximité de l'horizon, ils s'échauffent tellement qu'ils émettent des bouffées de rayons X et ultraviolets – d’où le nom de « crêpes stellaires flambées » don [...]
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Écrit par :
- Jean-Pierre LUMINET : directeur de recherche au CNRS
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Pour citer l’article
Jean-Pierre LUMINET, « TROUS NOIRS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/trous-noirs/