beaucoup de masse dans un volume si petit qu’il existe un horizon des événements: une région de l’intérieur de laquelle rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. Pourtant, cela ne signifie pas nécessairement que les trous noirs aspirent la matière; ils gravitent simplement. J. Wise / Georgia Institute of Technology et J. Regan /Dublin City University

Les trous noirs sont parmi les objets les plus étranges et les plus merveilleux de tout l’Univers. Avec d’énormes quantités de masse concentrées dans un volume extrêmement faible, elles s’effondrent inévitablement en singularités, entourées d’horizons d’événements auxquels rien ne peut échapper. Ce sont les objets les plus denses de tout l’Univers. Chaque fois que quelque chose s’approche trop près d’un, les forces du trou noir le déchireront; lorsqu’une matière, une antimatière ou un rayonnement traverse l’horizon des événements, il tombe simplement vers la singularité centrale, faisant croître le trou noir et augmentant sa masse.

Ces propriétés sur les trous noirs sont toutes vraies. Mais il y a une idée associée qui est une fiction absolue: les trous noirs y aspirent la matière environnante. Cela ne pouvait pas être plus éloigné de la vérité et dénature complètement le fonctionnement de la gravité. Le plus grand mythe sur les trous noirs est qu’ils sont nuls. Voici la vérité scientifique.

ayant un horizon d’événements auquel rien ne peut échapper, et pour cannibaliser ses voisins. Mais il n’y a pas de « succion » qui le cause, simplement la perturbation de la matière et un afflux occasionnel de matière. Radiographie : NASA/CXC/UNH/D.Lin et al, Optique: CFHT, Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

En principe et en pratique, il existe de nombreuses façons de former un trou noir. Vous pouvez avoir une grande supernova massive d’étoiles, où le noyau central implose et forme un trou noir. Vous pouvez assister à la fusion de deux étoiles à neutrons, où si elles franchissent un seuil de masse spécifique, elles donneront lieu à un trou noir nouvellement formé. Ou vous pourriez avoir une grande collection de matière — soit une étoile supermassive, soit un nuage massif de gaz contractant — s’effondrer directement en un trou noir.

Avec une masse suffisante dans un volume d’espace suffisamment concentré, un horizon d’événements se formera autour de lui. De l’extérieur de l’horizon des événements, vous pouvez toujours vous échapper si vous vous éloignez du trou noir à la vitesse de la lumière. Pourtant, si vous étiez situé dans l’horizon des événements, alors même en vous déplaçant à c, la limite de vitesse cosmique ultime, tout chemin que vous pourriez emprunter vous mènerait toujours vers la singularité centrale. Il n’y a pas d’échappatoire à l’intérieur de l’horizon des événements d’un trou noir.

tout ce qui se trouve à l’intérieur de l’horizon des événements se réduit à une singularité qui est, tout au plus, unidimensionnelle. Aucune structure tridimensionnelle ne peut survivre intacte. Demandez au Département de physique de Van / UIUC

Pour les objets en dehors du trou noir, cependant, il y a encore beaucoup de problèmes. Parce que les trous noirs sont des objets si massifs, lorsque vous vous approchez d’un, vous commencez à ressentir des forces de marée importantes. Vous connaissez peut-être mieux les forces de marée de la Lune et comment elle interagit avec la Terre.

Bien sûr, en moyenne, vous pouvez traiter la Lune comme une masse ponctuelle et la Terre comme une masse ponctuelle, séparées par la distance relativement grande de 380 000 kilomètres environ. Mais en réalité, la Terre n’est pas un point, mais un objet qui occupe un volume réel, donné. Certaines parties de la Terre seront plus proches de la Lune que d’autres ; certaines parties seront plus éloignées. Les parties les plus proches connaîtront une attraction gravitationnelle plus grande que la moyenne; les parties les plus éloignées connaîtront une attraction moindre que la moyenne.

il y aura une force qui le tirera dans la direction d’une masse gravitationnelle externe. Différents points le long de cet objet subiront des forces légèrement différentes, entraînant une force de marée nette: les différences entre la force sur les points individuels par rapport à la force nette moyenne sur l’objet entier. Département d’Océanographie, École supérieure navale

Mais il y a plus que le fait que certaines parties de la Terre sont plus proches et que certaines parties sont plus éloignées de la Lune. Comme tous les objets physiques, la Terre est tridimensionnelle, ce qui signifie que les zones « supérieure” et « inférieure” de la Terre (du point de vue de la Lune) seront tirées vers l’intérieur, vers le centre de la Terre, par rapport aux parties situées au milieu.

Tout compte fait, si nous soustrayons la force moyenne ressentie par chaque point de la Terre, nous pouvons voir comment tous les différents points de la surface subissent différemment les forces extérieures de la Lune. Ces lignes de force cartographient les forces relatives qu’un objet subit et expliquent pourquoi les objets qui subissent des marées sont étirés le long de la direction de la force et compressés perpendiculairement à la direction de la force.

à la force nette moyenne, tandis que différents points éloignés du centre subiront des forces nettes différentielles. Il en résulte un effet « spaghettifiant ». Krishnavedala /Wikimedia Commons

Plus vous vous rapprochez d’un objet massif, plus ces forces de marée deviennent grandes; les forces de marée deviennent encore plus grandes que la force gravitationnelle! Parce que les trous noirs sont à la fois extrêmement massifs et extrêmement compacts, ils génèrent les forces de marée les plus importantes connues de l’Univers. C’est pourquoi, lorsque vous vous approchez d’un trou noir, vous vous retrouvez « spaghettifié”, ou étiré en une forme mince, semblable à une nouille.

Sur cette base, il est facile de voir pourquoi vous vous attendez à ce que les trous noirs vous aspirent: plus vous vous rapprochez d’un, plus la force d’attraction de la gravité devient forte et plus les forces de marée vous déchirent.

étant déchiré par la perturbation des marées à l’approche d’un trou noir. Pour un trou noir de masse du LHC, ces forces sont sans conséquence, car elles sont négligeables, mais pour des trous noirs comme le type au centre de notre galaxie, les forces de marée proches de l’horizon des événements peuvent être énormes. ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser

Pourtant, l’idée que vous serez aspiré dans un trou noir reste une idée fausse, et un doozy d’un à cela. Chaque particule qui compose un objet affecté par un trou noir est toujours soumise aux mêmes lois de la physique, y compris la courbure gravitationnelle de l’espace-temps générée par la Relativité générale.

S’il est vrai que le tissu de l’espace est incurvé par la présence de masse, et que les trous noirs offrent la plus grande concentration de masse partout dans l’Univers, il est également vrai que la densité de cette masse n’a pas d’importance pour la façon dont l’espace est incurvé. Si vous deviez remplacer le Soleil par une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir de la même masse exacte, la force gravitationnelle agissant sur la Terre ne serait pas différente. C’est la masse totale qui courbe l’espace autour de vous; la densité n’a pratiquement rien à voir avec elle.

grille, en abaissant une masse, ce qui aurait été des lignes « droites » devient incurvé d’une quantité spécifique. En Relativité générale, nous traitons l’espace et le temps comme continus, mais toutes les formes d’énergie, y compris mais sans s’y limiter, la masse, contribuent à la courbure de l’espace-temps. Si nous devions remplacer la Terre par une version plus dense, jusqu’à une singularité incluse, la déformation de l’espace-temps montrée ici serait identique ; seule une différence serait notable à l’intérieur de la Terre elle-même. Christopher Vitale de Networkologies et du Pratt Institute

De loin, un trou noir est comme n’importe quelle autre masse de l’Univers. Ce n’est que lorsque vous vous rapprochez extrêmement — dans quelques rayons de Schwarzschild — que vous commencez à remarquer les départs de la gravité newtonienne. Pourtant, le trou noir agit simplement comme un attracteur, et les objets qui s’en approchent feront les mêmes orbites qu’ils le feraient normalement: un cercle, une ellipse, une parabole ou une hyperbole, à une très bonne approximation.

En raison des forces de marée, les objets qui s’approchent peuvent se déchirer, et à cause de la matière qui s’est accumulée autour du trou noir sous la forme d’un disque d’accrétion, il peut y avoir des effets supplémentaires présents: champs magnétiques et frottement et chauffage. Une partie de la matière, compte tenu de ces interactions supplémentaires, sera probablement ralentie et éventuellement avalée par le trou noir, mais l’écrasante majorité s’échapperait encore.

Le trou noir supermassif au centre du disque d’accrétion envoie un jet étroit de matière de haute énergie dans l’espace, perpendiculaire au disque. Un blazar à environ 4 milliards d’années-lumière est à l’origine de nombreux rayons cosmiques et neutrinos de la plus haute énergie. Seule la matière provenant de l’extérieur du trou noir peut quitter le trou noir ; la matière provenant de l’intérieur de l’horizon des événements ne peut jamais s’échapper. DESY, Science Communication Lab

Le fait est que les trous noirs n’aspirent rien; il n’y a aucune force qu’un trou noir exerce qu’un objet normal (comme une lune, une planète ou une étoile) n’exerce pas. En fin de compte, tout n’est que gravité. La plus grande différence est que les trous noirs sont plus denses que la plupart des objets, occupant un volume d’espace beaucoup plus petit et capables d’être beaucoup plus massifs que tout autre objet unique. Saturne pourrait bien être en orbite autour de notre Soleil, mais si vous deviez remplacer le Soleil par le trou noir au centre de la Voie Lactée — un trou noir qui est environ 4 000 000 fois plus massif que le Soleil — les forces de marée seraient assez fortes pour briser Saturne en un énorme anneau, où il ferait partie du disque d’accrétion du trou noir. Avec suffisamment de frottement, de chauffage et d’accélération en présence des champs gravitationnels, électriques et magnétiques que toute la matière génère, elle finirait par tomber à l’intérieur et se faire avaler.

accrète la matière et en accélère une partie vers l’extérieur en deux jets perpendiculaires, est un descripteur remarquable du fonctionnement des quasars. La matière qui tombe dans un trou noir, de toute variété, sera responsable d’une croissance supplémentaire de la masse et de la taille de l’horizon des événements pour le trou noir. Malgré toutes les idées fausses, cependant, il n’y a pas d‘ »aspiration » de matière extérieure. Marc A. Garlick

Les trous noirs ne semblent aspirer de la matière que parce qu’ils sont si massifs, et la combinaison des forces de marée et de la matière déjà présente autour du trou noir peut déchirer des objets externes, où une certaine fraction de particules déchirées subira suffisamment de force de traînée pour être canalisées dans le disque d’accrétion et éventuellement dans le trou noir lui-même. Mais les trous noirs seront des mangeurs de désordre; l’écrasante majorité de la matière qui passe près d’un trou noir sera recrachée sous une forme ou une autre. C’est seulement la petite partie qui tombe à l’intérieur de l’horizon des événements qui le fera grandir.

C’est le frottement, le chauffage et l’interaction de particules chargées en mouvement créant des forces électromagnétiques qui peuvent entonner la masse à l’intérieur de l’horizon des événements. Mais à aucun moment un trou noir n’exerce une force de succion; juste un trou gravitationnel standard et courant. Mark Garlick (Université de Warwick)

Si nous remplaçions chaque masse de l’Univers par un trou noir de masse équivalente et supprimions tout le matériau de friction comme les disques d’accrétion, très peu serait aspiré du tout. Le seul frottement qu’une particule subirait est dû à son émission de rayonnement gravitationnel lorsqu’elle se déplace dans l’espace-temps incurvé généré par le trou noir. Seul le matériau qui s’est formé à l’intérieur de trois fois le rayon de l’horizon des événements — à l’intérieur de l’orbite circulaire stable la plus interne (ISCO) en relativité — serait inexorablement « aspiré”, en raison du comportement de la théorie d’Einstein elle-même. Par rapport à ce qui tombe réellement dans l’horizon des événements dans notre réalité physique, ces effets sont négligeables.

En fin de compte, nous n’aurions que la force de gravité, et l’espace-temps incurvé qui résulterait de la présence de ces masses. L’idée que les trous noirs aspirent n’importe quoi est le plus grand mythe à leur sujet. Ils grandissent à cause de la gravitation, et rien de plus. Dans cet Univers, c’est plus que suffisant.

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