Un trou noir est une sortie à sens unique de notre univers.

L’idée d’un trou noir – un objet si massif que rien ne pouvait échapper à l’emprise de sa gravité – remonte aux années 1700. Mais l’histoire moderne des trous noirs commence vraiment avec la théorie révolutionnaire de la gravité d’Einstein, achevée en 1917. Au cours du siècle dernier, les scientifiques ont utilisé la théorie de la gravité d’Einstein pour développer une image de ce que doivent être les trous noirs. Voici quelques-unes des propriétés étonnantes des trous noirs qu’ils ont prédites.

En principe, tout objet – même une roche – peut être transformé en trou noir, en le pressant dans un volume assez minuscule. Dans ces conditions, l’objet continue de s’effondrer sous son propre poids, s’écrasant jusqu’à une taille nulle. Cependant, selon la théorie d’Einstein, la masse et la gravité de l’objet restent derrière, sous la forme d’une distorsion extrême de l’espace et du temps qui l’entoure. Cette distorsion de l’espace et du temps est le trou noir.

Dans la nature, les seuls objets pouvant former un trou noir par eux-mêmes sont de grandes étoiles – des étoiles plusieurs fois plus massives que notre propre Soleil. À la fin de leur vie, ces étoiles s’effondrent sous leur propre poids, formant un trou noir. Alors que l’étoile d’origine pourrait avoir des millions de kilomètres de large, le trou noir résultant ne fait que quelques kilomètres de diamètre. Le trou lui-même a la forme d’un ballon de plage – sphérique.

Le trou noir résultant est le noir le plus sombre de l’univers: Quelle que soit la puissance d’une lumière que vous y brillez, aucune lumière ne rebondit jamais, car la lumière est avalée par le trou. Un trou noir est un véritable « trou » dans l’espace: Tout ce qui traverse le bord du trou – appelé « horizon » du trou – est avalé pour toujours. Pour cette raison, les trous noirs sont considérés comme un bord de l’espace, une porte de sortie à sens unique de notre univers; rien à l’intérieur d’un trou noir ne peut plus jamais communiquer avec notre univers, même en principe.

Cependant les trous noirs sont encore plus étranges que cela. À mesure que vous vous rapprochez d’un trou noir, l’écoulement du temps ralentit, comparé à l’écoulement du temps loin du trou. (Selon la théorie d’Einstein, tout corps massif, y compris la Terre, produit cet effet. La gravité terrestre est si faible que le ralentissement du temps n’est pas perceptible, mais l’effet a été confirmé à l’aide d’instruments sensibles. Par exemple, au niveau de la mer, vous vieillissez chaque année d’un milliardième de seconde de moins que si vous viviez au sommet du mont. Everest.) Près d’un trou noir, le ralentissement du temps est extrême. Du point de vue d’un observateur en dehors du trou noir, le temps s’arrête. Par exemple, un objet tombant dans le trou semblerait figé dans le temps au bord du trou.

C’est à l’intérieur d’un trou noir que réside le vrai mystère. Selon la théorie d’Einstein, le temps et l’espace, en quelque sorte, échangent des places à l’intérieur du trou. À l’intérieur du trou noir, le flux du temps lui-même attire les objets qui tombent au centre du trou noir. Aucune force dans l’univers ne peut arrêter cet automne, pas plus que nous ne pouvons arrêter le flux du temps.

Au centre même du trou noir se trouve l’endroit où notre compréhension se décompose. La théorie de la gravité d’Einstein semble prédire que le temps lui-même est détruit au centre du trou: le temps s’y arrête brusquement. Pour cette raison, un trou noir est parfois décrit comme le « revers de la création. »Mais personne ne sait comment ou pourquoi le temps pourrait arriver à une fin abrupte, pas plus que nous ne savons comment le temps a été créé en premier lieu. La théorie de la gravité d’Einstein ne s’applique plus à ces plus petites échelles de distance, et de nouvelles lois de la nature doivent être trouvées qui décrivent ce qui se passe au centre d’un trou noir.

L’intérieur d’un trou noir mène-t-il à un autre univers, comme certains scientifiques l’ont affirmé? La vérité est que personne ne le sait vraiment. Nous ne pouvons pas faire d’expérience directe pour le savoir, même en principe, car aucune information ou preuve ne peut jamais sortir d’un trou noir. C’est ce qui rend si important de trouver et d’étudier les trous noirs de l’extérieur, tout en développant des théories qui peuvent prédire avec plus de confiance ce qui pourrait se passer à l’intérieur du trou noir.

C’est une chose de prédire à quoi devraient ressembler les trous noirs. C’en est une autre de les chasser dans la nature. Les trous noirs existent-ils vraiment ? Si oui, à quoi ressemblent-ils? Explorez les preuves des trous noirs dans la section suivante >