Trou noir stellaire

Il arrive que la masse d'un étoile mourante soit si grande (plus de 3 masses solaires) que même le "gaz" de neutrons soit incapable de résister à la gravitation qui referme l'espace sur l'étoile; la vitesse de libération à la surface de l'étoile dépasse la vitesse de la lumière : c'est un trou noir stellaire...

La vitesse de libération Vlib à la surface d'un corps de masse m et de rayon R est donnée par :


C'est la vitesse que doit posséder un corps matériel pour pouvoir s'éloigner jusqu'à l'infini, c'est à dire pour pouvoir échapper à l'attraction du corps central. Sur la Terre, au niveau de la mer, elle est d'environ 11 km s^-1. C'est la vitesse que doit atteindre une fusée que l'on veut lancer vers les planètes lointaines ou vers les étoiles.

On définit RS, le rayon de Schwarzschild du trou noir, par :


C'est la distance au centre où la vitesse de libération égale la vitesse de la lumière. Si l'objet est comprimé de telle façon que son rayon devienne inférieur au rayon de Schwarzschild, cet objet devient un trou noir. Pour le Soleil, RS = 3km, et le Soleil n'est donc pas un trou noir puisque son rayon actuel est très supérieur à cela... N'importe quelle masse, en principe, peut être comprimée suffisamment pour donner un trou noir. On peut imaginer des trous noirs d'un micro gramme, et des trous noirs de cent millions de masses solaires.

Les trous noirs sont les lieux privilégiés pour l'observation d'effets relativistes spectaculaires. Par exemple, si l'on observe un engin spatial tombant dans le trou noir, on le voit ralentir en s'approchant de l'horizon (la sphère de rayon RS), et mettre un temps infini à l'atteindre. Par contre, l'observateur situé dans l'engin franchit cette surface sans rien remarquer de particulier...

Que devient la matière à l'intérieur du trou noir? On l'ignore... Les équations de la relativité générale semblent indiquer qu'elle continue à se contracter jusqu'à disparaître dans un point, une singularité. Mais la physique n'aime guère les singularités... La relativité générale est sans doute insuffisante à ce niveau.

Aucun trou noir n'est observable directement, par définition. Par contre, de nombreux effets observés dans l'univers nécessitent la présence d'un trou noir, et l'existence de ces objets exotiques ne fait guère de doute pour les astrophysiciens.