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Notons qu'à mesure que le trou noir aspire la matière alentour, en vertu des lois de la théorie de la relativité générale, sa masse augmentera sans cesse, sans nécessairement connaître de limite. Ainsi un trou noir de plusieurs milliards de masses solaires n'est pas inconcevable. Sa taille peut atteindre plusieurs millions de kilomètres. Au centre de ce Soleil-trou noir se trouverait une singularité plus petite qu’un noyau atomique, de 10-33 cm, entourée d’un espace vide jusqu’à l’horizon des événements et d’un espace presque vide, composé de gaz entre l’horizon et la limite statique. La température du Soleil-trou noir serait égale à 10-7 K.
Un trou noir attire (et absorbe) non seulement le gaz qui se trouve autour de lui, mais également celui qu’il parvient à attirer par sa force de gravité. S'il se déplace à une vitesse moyenne de 300 km/s, on a estimé que sa zone d'influence appelée le rayon d'accrétion est un million de fois plus grand que sa taille définie par l'horizon de Schwarzschild (Rs). Or jusqu'à présent beaucoup de modèles ne considéraient qu'un rayon d'accrétion de l'ordre de 100 Rs. Depuis 2005, grâce aux travaux d'une équipe de chercheurs franco-britanniques travaillant avec Thierry Foglizzo du CEA, la zone d'influence du trou noir a été multipliée par 1000, induisant des perturbations d'entropie et de vorticité insoupçonnées dans le milieu interstellaire ! Le rayonnement propre émis par un trou noir, où plutôt par l’interface qui le relie au monde extérieur, son ergosphère, se compose de particules sans masse de repos qui se déplacent dans l’espace à la vitesse de la lumière. Il s’agit des photons (rayonnements radio, X et gamma), des électrons, des neutrinos muoniques, de leurs antiparticules et des gravitons qui restent à découvrir. Un trou noir d’origine stellaire, c'est-à-dire qui n'a pas été formé dans l’univers primordial, émet un flux qui se compose de 81% de neutrinos, 17% de photons et seulement 2% de gravitons. Ce spectre d’émission très particulier est lié aux propriétés des différentes particules. Les physiciens nous disent que les neutrinos sont majoritaires parce que leur nombre de spin est minimum (1/2) alors que celui des gravitons est maximum (2). Un trou noir de 5x1011 k g émettra également des muons et des particules élémentaires plus lourdes. La
température d’un trou noir est inversement proportionnelle à sa masse. Ainsi la température d’un trou noir de 1014 kg dépasse 1010
degrés. En plus des particules déjà citées, il produit également des
paires d’électron-positrons. La dimension de ces trous
noirs est de l’ordre de 10-11
cm; il ne faudrait pas un télescope mais un microscope pour les trouver !
Bien sûr ces types de trous noirs ne peuvent pas se former au cours de l’évolution
stellaire. Il s’agit de trous noirs dits "primordiaux" formés
au début de l’expansion de l’univers.
Selon Hawking, Novikov et Zel’dovitch ils seraient aujourd’hui tous évaporés. C’est la raison pour laquelle la "radiation Hawking" sur laquelle nous insisterons est extrêmement importante pour la cosmologie. Cela signifie aussi que nos détecteurs sont pratiquement incapables de détecter les trous noirs. Ce sont principalement les photons gamma qui peuvent nous renseigner sur leur nature. Nous captons trop peu de neutrinos et sous des angles bien trop dispersés pour être sûr qu’ils proviennent de trous noirs, que nous n’avons d’ailleurs pas encore découverts avec certitude... La seule façon d’y voir clair dans ce flou quantique restent encore la détection d'effets indirects et la modélisation. Les paramètres surfaciques Vu de l’extérieur le trou noir se résumant à son horizon, à sa surface de contact, les physiciens rassemblés autour de Kip Thorne[6] de Caltech ont tenté d'expliquer leurs particularités, non plus globalement à partir de leur masse, leur charge électrique ou de leur moment angulaire, mais localement en étudiant les propriétés de cette surface. Cette étude permet l'introduction de nouveaux paramètres dits "surfaciques" : la densité de charge, la résistivité électrique et la viscosité. Ces paramètres se rapprochent des modèles de fluides visqueux et conducteurs, tels que les bulles ou les membranes fluides. Ces objets présentent aussi certaines propriétés mécaniques. Ce rapprochement a permis aux chercheurs de plancher depuis le début des années 1970 sur un modèle de trou noir semblable à une membrane fluide. Mais en réalité une telle surface n’existe pas ! Il faut considérer ce concept comme une image simplifiée qui convient dans la plupart des cas pour établir des prédictions, comme la notion de sphère céleste qui permet d’expliquer les lois de la mécanique céleste.
Voir également l'aventurier du trou noir (II) Ceci étant précisé, si on accepte l'idée de Chandrasekhar[7] selon laquelle un trou noir peut également subir l'influence d'une perturbation extérieure, le mouvement de sa membrane pourrait générer des ondes de gravités amorties (variables), appelées dans ce cas des ondes gravitationnelles. Comme les ondes sonores se propagent dans la matière, une onde gravitationnelle se propage en modifiant l'espace-temps. Quasi immatérielle, cette onde peut induire des effets d’oscillations sur les corps massifs. Nous y reviendrons dans le dossier consacré à la théorie de la relativité. Les forces de marées Dans l’environnement terrestre chacun a déjà remarqué que les forces de marées sont négligeables, exception faite du flux et du reflux de la mer. L’extension que provoque les forces de marées sur un corps correspond à une pression de 10-10 atmosphère. Mais dans l’environnement d’un trou noir, ces forces sont gigantesques. Plus la taille et la masse d’un trou noir sont petits, plus fortes seront les forces de marées sur l’horizon. Pour
un trou noir de 10 km de diamètre, les forces de marées varient de 1/16
g à 15 g entre 100000 et 20000 km de l’horizon des événements. Cette
pression est encore plus élevée pour les trous noirs plus petits. Aucun
être humain ne peut survivre dans de telles conditions.
Mais
le champ gravitationnel d’un trou noir n’est pas uniforme et déforme
rapidement les objets les plus massifs. Etant donné que la tête
d’un objet est plus proche du centre du trou noir que sa partie arrière,
la partie avant subit une accélération plus forte que la partie arrière. S’ajoute
à cet effet le phénomène de marée car la direction de l’accélération
des différentes parties de l’objet dépend de leur distance à l’axe
fictif qui relie le centre de gravité de l’objet à celui du trou noir.
Dans de telles conditions, tout objet prend la forme d’une ellipsoïde
rétrécie dans toutes les directions horizontales. Pour
un trou noir de 100 M¤,
les forces de marées correspondent à une pression de 100 atmosphères.
Inversement, pour un trou noir de 106 M¤
l’horizon est cent mille fois plus grand et les forces de marées 1010
fois plus faibles, puisqu’elles sont inversement proportionnelles à la
masse du trou noir. Sous l’horizon, ces forces sont mêmes inférieures
à celles que nous subissons sur Terre ! Du reste, les trous noirs massifs
(quelques milliers de M¤,
présentant un diamètre de quelques dizaines à 2 millions de km)
aspirent puis disloquent les étoiles avant de les engloutir car leur enveloppe est
progressivement étirée jusqu'à ce qu’elle soit déchiquetée en
dégageant énormément d'énergie. C'est
en tous cas la théorie proposée en 1967 par Donald Lynden-Bell de l’Université
de Cambridge pour expliquer le rayonnement intense que l'on détecte dans
les quasars et dans la région centrale du disque de la Voie Lactée.
Lorsqu'il "pèse" plus d'un million de masses solaires, un trou
noir est en mesure d'avaler les étoiles toute entière sans les disloquer
! Leur sphère d'influence s'étend sur des centaines de millions de
kilomètres, voire pour les plus gros, sur plusieurs dizaines d'années-lumière, sous-tendant une zone inférieure à la seconde d'arc
à la distance de la galaxie d'Andromède (2.2 millions d’années-lumière). Si
notre ami David de la fiction éducative avait exploré un trou noir très massif, de plusieurs
millions de masses solaires, il aurait constaté que le trou noir était
dépourvu de disque d’accrétion. En conséquence de quoi, à l’intérieur
du vaisseau, tout aurait été au repos. David aurait parfaitement
supporté les forces de marées qui seraient insignifiantes. C’est ainsi
que plus un trou noir devient massif, plus il se refroidit et plus sa
densité diminue, de façon inversement proportionnelle au carré de son
rayon (r »
1/R2).
C’est ce phénomène qui permit de dire à Kip Thorne ou Michio Kaku qu’il était tout à fait possible de traverser un trou noir hypermassif et déboucher dans un univers parallèle. En réalité leur trou noir est associé à un trou blanc et un trou de ver qui relie deux univers. Reste à déterminer les effets gravito-quantiques dans cet environnement exotique, domaine qui reste actuellement à l’état spéculatif. La plupart des physiciens pensent qu'en vertu
des fluctuations quantiques, le
pont d’Einstein-Rosen se refermera en une fraction de seconde.
Actuellement, leur dimension avoisine 10-33 cm et leur durée de vie 10-43
sec ! Cela ne nous laisse même pas le temps de planifier un plan de
vol...! Reste à trouver une méthode pour en fabriquer artificiellement à
partir de matière
exotique. La théorie des supercordes pourra peut-être un jour nous
expliquer ce qui se passe réellement dans ces trous de vers. Prochain chapitre
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