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Trou noir : que se passe-t-il quand on tombe dedans ?
Spaghettification, horizon des événements, temps qui se fige vu de l'extérieur : ce que la physique prédit pour qui tomberait dans un trou noir.
Un trou noir est une région de l'espace où la gravité est si forte que rien ne peut en sortir, pas même la lumière. Tomber dedans est une expérience que personne ne racontera jamais.
La physique permet pourtant de décrire ce qui se passerait. Le récit dépend beaucoup de la taille du trou noir et de l'endroit d'où l'on regarde.
D'abord, qu'est-ce qu'un trou noir ?
Un trou noir naît le plus souvent de l'effondrement d'une étoile massive en fin de vie. Son cœur s'écrase sur lui-même jusqu'à concentrer une masse énorme dans un volume minuscule.
Autour de lui s'étend une frontière invisible, l'horizon des événements. Une fois cette limite franchie, aucun chemin ne ramène vers l'extérieur.
Il existe aussi des trous noirs supermassifs, au centre des galaxies. Celui de la Voie lactée, Sagittarius A*, pèse environ quatre millions de fois la masse du Soleil.
L'approche : la spaghettification
Près d'un trou noir, la gravité n'est pas la même partout sur votre corps. Si vous tombez les pieds en avant, vos pieds sont attirés bien plus fort que votre tête.
Cette différence, appelée force de marée, étire le corps dans le sens de la chute et le comprime sur les côtés. Les astrophysiciens parlent, très sérieusement, de spaghettification.
Pour un trou noir de quelques masses solaires, l'étirement devient mortel bien avant l'horizon. Pour un trou noir supermassif, il reste supportable au moment où l'on franchit la frontière.
Le passage de l'horizon : rien de spécial, ou presque
Pour la personne qui tombe dans un trou noir géant, traverser l'horizon des événements ne se remarque pas. Aucun mur, aucun choc : l'espace semble continuer normalement.
Ce qui change est invisible mais définitif. À l'intérieur, toutes les trajectoires possibles mènent vers le centre, comme toutes les journées mènent vers demain.
Vu de l'extérieur : une chute qui ne finit jamais
Un observateur resté à distance verrait une scène très différente. À cause de la relativité générale, le temps du voyageur semble ralentir à mesure qu'il approche de l'horizon.
Sa lumière devient de plus en plus rouge et de plus en plus faible. Il paraît se figer au bord du trou noir, puis s'effacer, sans jamais sembler le franchir.
| Point de vue | Ce qui est observé |
|---|---|
| Le voyageur | Traverse l'horizon en un temps fini, puis continue vers le centre |
| L'observateur lointain | Voit le voyageur ralentir, rougir et disparaître au bord de l'horizon |
Les deux descriptions sont justes. Elles illustrent que le temps et l'espace dépendent de l'observateur, l'idée centrale d'Einstein.
Et au centre ?
La relativité générale prédit au centre une singularité, un point où la densité deviendrait infinie. La plupart des physiciens y voient surtout le signe que la théorie atteint ses limites.
Pour décrire ce qui s'y passe vraiment, il faudrait une théorie qui réunisse la gravité et la physique quantique. Elle reste à construire.
Comment étudie-t-on ce qu'on ne peut pas voir ?
Les trous noirs se trahissent par leur entourage. La matière qui tombe vers eux s'échauffe et brille intensément, et les étoiles proches tournent autour d'eux à des vitesses folles.
En 2015, les détecteurs LIGO ont capté pour la première fois des ondes gravitationnelles émises par la fusion de deux trous noirs. En 2019, la collaboration Event Horizon Telescope a publié la première image de l'ombre d'un trou noir, celui de la galaxie M87.
Le saviez-vous ? Selon Stephen Hawking, les trous noirs ne sont pas tout à fait noirs. Des effets quantiques leur feraient émettre un faible rayonnement, et ils finiraient, au bout de durées vertigineuses, par s'évaporer.
