The Conversation Junior "Qu’est-ce qu’il y a à l’intérieur et au fond d’un trou noir?"

  • Culture scientifique
  • Recherche
Publié le 11 avril 2022 Mis à jour le 16 septembre 2022
Date(s)

du 11 avril 2022 au 15 novembre 2022

Certainement rien. Du vide, rien que du vide. Mais que se passe-t-il si un quelque chose tombe dans le trou noir ? Y a-t-il quelque chose de plus à l’intérieur du trou ? Eh bien non. C’est là que le mystère s’épaissit : cela ne fait rien de plus à l’intérieur, car à l’intérieur il y a toujours le vide. Mais comment est-ce possible ? C’est que les trous noirs ont bien des secrets…

Imaginons un spationaute perdu… Il a enlevé son pilotage automatique et il fait aller sa fusée droit vers un des plus gros trous noirs jamais vus, un qui ferait la taille du système solaire. Il fonce doit dessus, heureux, et il s’éloigne de vous et vous le voyez à travers le hublot sautiller de joie.

Au fur et à mesure qu’il s’approche du trou noir, vous voyez changer sa couleur, plus orangée, rouge, rouge sombre, et vous le voyez sautiller de moins en moins vite. Vous conservez longtemps cette image figée où il semble être en lévitation au-dessus du sol, au moment où il a disparu à jamais derrière l’horizon du trou noir. Car si le trou noir ne possède pas de surface, il possède un horizon, dénommé ainsi car rien de ce qui se passe au-delà n’est visible.

Lui, à bord de sa fusée n’a rien senti de spécial en passant l’horizon et il continue de danser sur place devant le hublot. Il va bientôt commencer à sentir qu’il est entraîné trop vite, il retourne sa fusée et met les gaz à fond pour sortir du piège, et passe en vitesse lumière, mais elle ne peut pas lutter contre la chute.

Puis il va commencer à être étiré mais vraiment étiré, pire qu’un spaghetti. Car ses pieds veulent aller plus vite vers le centre que sa tête. Ça commence à faire très mal, et il a le temps de comprendre qu’il va finir disloqué – au moment où sa fusée craque. Il a raison : c’est bien ce qui arrive.

Toute la matière est attirée vers le centre sous l’effet d’une gravité d’une puissance dont on n’a pas idée, qui étire et disloque tout. Que se passe-t-il quand la matière arrive au centre du trou noir ? C’est la fin du voyage, c’est la fin de tout, même du temps, et c’est là que nos connaissances s’arrêtent, elles aussi.

Car la théorie – que l’on doit à Albert Einstein – qui était valable jusque-là, et permettait de faire les calculs sur lesquels cette histoire farfelue du spationaute perdu repose, devient fausse : vous ne pouvez plus tendre le bras ni rien, l’espace est complètement rabougri sur lui-même. C’est ce qui a été appelé la singularité du trou noir. L’énergie de la matière en chute libre vers elle devient infinie, et le temps cesse d’exister. Comme l’infini dans la nature, ça n’existe pas, on en déduit une chose, c’est qu’on ne sait pas. On pense que toute matière ordinaire a disparu.

Dans le trou noir, il n’y a donc pas, après cette aventure, une fusée et un spationaute égaré de plus. Il y a toujours le vide. Mais une chose a changé : la masse du trou noir a augmenté car la masse de la fusée et de son infortuné pilote s’y est ajoutée. Et sa taille aussi a augmenté, car la taille d’un trou noir est proportionnelle à sa masse (ça, c’est étrange !). Toujours est-il qu’il n’y a pas de matière en plus à l’intérieur, mais l’horizon est plus grand.

Un conseil : comme un trou noir de la masse du Soleil a un rayon d’environ 3 kilomètres, un trou noir qui fait la taille du système solaire comme celui considéré plus haut a un rayon de 10 milliards de kilomètres une masse d’environ 3 milliards de fois la masse du soleil. Pour ce genre de trous noirs, les effets d’étirement de la gravité ne se font vraiment sentir qu’une fois dans le trou noir (on les appelle « effets de marée »). Pour les trous noirs plus petits qui ont une masse de l’ordre de celle d’une étoile, on les sent bien avant de rentrer dedans. Mon conseil : ne vous approchez pas de ces trous noirs là.

Récemment, Olivier Minazzoli a trouvé une nouvelle théorie de la gravité, qu’il appelle « relativité intriquée », et qui semble mieux correspondre aux intuitions d’Einstein lui-même sur la nature. Cette nouvelle théorie est identique à celle d’Einstein pour le système solaire. Mais pour les trous noirs, au niveau de la singularité, elle prédit que la gravité pourrait devenir répulsive.

Le scénario ci-dessus pourrait donc être un peu différent sur la fin. Mystère…


Diane Rottner, CC BY-NC-ND

Si toi aussi tu as une question, demande à tes parents d’envoyer un mail à : tcjunior@theconversation.fr. Nous trouverons un·e scientifique pour te répondre.The Conversation

Gilles Bogaert, Physicien CNRS et historien des sciences, Université Côte d’Azur

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.

AUTEUR

Gilles Bogaert, Physicien CNRS au laboratoire ARTEMIS (Université Côte d’Azur/Observatoire Côte d'Azur/CNRS)


 

THE CONVERSATION

Université Côte d’Azur, par sa cellule de culture scientifique et technique, a adhéré depuis janvier 2022 au média d’actualité en ligne « The conversation ». L’objectif est de mettre en valeur les travaux de nos équipes de recherche au service d’une information éclairée et fiable qui participe au débat citoyen.

The Conversation est un média en ligne et une association à but non lucratif. Son modèle de collaboration entre experts et journalistes est unique : partager le savoir, en faisant entendre la voix des chercheuses et chercheurs dans le débat citoyen, éclairer l'actualité par de l'expertise fiable, fondée sur des recherches.
theconversation.com

 

ABONNEZ-VOUS !

Pour suivre au quotidien les experts de The Conversation, abonnez-vous à la newsletter.
theconversation.com/fr/newsletter