Trou noir

Le terme « trou noir » a été inventé par le physicien américain John Wheeler, en 1967, pour décrire une concentration de masse-énergie qui s'est effondrée gravitationnellement sous sa propre force d'attraction et qui est devenue si compacte que même les photons ne peuvent se soustraire à cette force gravitationnelle.

Jean-Pierre Luminet, Directeur de recherche au CNRS, et Françoise Combes, Professeur au Collège de France, nous parlent des trous noirs. © Fondation Hugot du Collège de France

Trou noir, horizon des évènements et relativité générale d'Einstein

L'idée avait déjà été conçue au XVIIIe siècle par John Michell et Pierre-Simon de Laplace. Mais, pour un physicien et un astrophysicien moderne, un trou noir est, d'abord et avant tout, caractérisé par l'existence d'un horizon des évènements, ce qui, dans ce cas précis, est une surface sphérique délimitant une région de l'espace-temps dont même la lumière ne peut sortir.

Dans le cadre des équations de la relativité générale, un tel objet est décrit par une unique famille de solutions des équations d'Einstein dites de Kerr-Newman et qui correspondent à un trou noir en rotation possédant un moment cinétique, une masse et une charge électrique.

Trous noirs de Kerr, de Schwarzschild et de Reissner-Nordström

• quand un trou noir tourne mais est sans charge, on parle de trou noir de Kerr ;
• quand un trou noir ne tourne pas et est sans charge, on parle de trou noir de Schwarzschild ;
• quand un trou noir ne tourne pas mais a une charge, il est décrit par la solution de Reissner-Nordström.

Bien qu'une singularité de l'espace-temps soit présente dans ces solutions, elle ne caractérise pas un trou noir. Les astrophysiciens ont des raisons de penser qu'un traitement quantique de l'espace-temps et de la matière à l'intérieur d'un trou noir supprime cette singularité qui peut être décrite approximativement comme un point de densité infinie où la courbure de l'espace-temps est également infinie. Un modèle quantique de trou noir conduit au concept d'étoile de Planck.

Trous noirs stellaires, trous noirs supermassifs et minitrous noirs

• Les trous noirs stellaires se forment à l'occasion de l'effondrement gravitationnel de certaines étoiles mass...
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