Pour nous autres terriens, il est souvent difficile de se représenter l’immensité du cosmos et des objets qui y résident. Même le Soleil, qui ne paraît pas si grand depuis la Planète bleue, est déjà colossal ; il est environ 110 fois plus grand que notre planète. Si la Terre était une tête d’épingle classique d’environ 2 mm, notre étoile mesurerait déjà la taille d’une boule de bowling.
Et pourtant, il n’est encore qu’un nabot chétif à l’échelle de l’Univers. Il existe des tas d’étoiles encore immensément plus grandes. À l’heure actuelle, le record est attribué à la supergéante UY Scuti, un astre au diamètre 1700 fois plus grand que le nôtre. Pour reprendre l’exemple de la tête d’épingle, à côté, Scuti serait une immense sphère un peu plus haute que la tour Eiffel.
Et lorsqu’on sort de la catégorie des étoiles, on change encore d’échelle pour partir à la rencontre de certains monstres cosmiques aux proportions ahurissantes. Cela concerne notamment les trous noirs, ces énormes corps célestes qui apparaissent à la mort de certaines étoiles. Le souci, c’est qu’il est encore plus difficile de visualiser leur taille réelle.
C’est quoi, la taille d’un trou noir ?
Le concept de trou noir est intimement lié à la notion mathématique de singularité. Ce terme désigne un point où un objet cesse d’être correctement défini. L’idée est intimement liée à la notion mathématique de limite. Lorsqu’une fonction (comme f = 1/x ci-dessous) présente une asymptote et tend vers l’infini, on peut considérer qu’elle atteint une singularité.
Dans le cas des trous noirs, il s’agit d’une singularité gravitationnelle. Cela désigne un point de l’espace où la gravité est exceptionnellement intense. Si intense, en fait, que le concept d’espace-temps tel qu’on le connaît vole carrément en éclats.
C’est cette singularité qui est à l’origine de la propriété la plus connue des trous noirs : ils ont la fâcheuse habitude d’engloutir absolument tout le matériel qui passe à leur portée — y compris les rayonnements électromagnétiques comme la lumière. Par définition, ils sont donc très difficiles à observer. Ce n’est pas un hasard si la première image directe d’un trou noir n’est arrivée qu’en 2019.
En règle générale, pour déterminer leur « taille », les astrophysiciens se basent plutôt sur leur masse. C’est une approche très pratique, car il est relativement facile de la calculer. Il suffit de se baser sur les paramètres orbitaux des corps célestes avoisinants. Puisqu’ils affichent des masses démentielles, ils génèrent une force gravitationnelle gigantesque qui modifie la trajectoire des objets à proximité. Les spécialistes peuvent donc calculer la masse d’un trou noir en observant son influence sur ses voisins.
Pour ce qui est de la taille, en revanche, c’est plus compliqué. Le concept en lui-même est un peu nébuleux. Car pour mesurer un objet, il faut avoir accès à deux extrémités visibles et bien définies. Et ce n’est évidemment pas du tout le cas des trous noirs.
À la place, les astronomes se basent sur la taille de ce qu’on appelle l’horizon des événements (event horizon en anglais). Il s’agit d’une frontière mathématique où la vitesse nécessaire pour échapper à l’influence du trou noir est égale à celle de la lumière.
En d’autres termes, tout ce qui passe à l’intérieur de l’horizon — que ce soit un objet ou de la lumière — en reste prisonnier et n’est donc plus observable. Cela correspond à la bulle opaque qui occupe le centre du trou noir. A l’inverse, le matériel surchauffé qui gravite à proximité de l’horizon brille de mille feux et reste bien visible.
La nuance, c’est que la limite de cette zone sombre ne correspond pas exactement à l’horizon. Cette dernière est déformée par les forces gravitationnelles immenses qui en émanent. Elle nous apparaît donc environ deux fois plus grande qu’elle ne l’est en réalité. Cette « bulle de vide » est appelée l’ombre du trou noir. Et c’est cette ombre qui est mesurée par les chercheurs pour estimer la « taille » de ces objets.
Quelle taille font les plus grands trous noirs ?
Mais c’est une chose de calculer un chiffre abstrait; c’en est une autre d’appréhender la taille incroyable de ces objets. Pour nous y aider, la NASA a récemment publié une vidéo très évocatrice. Attention, préparez-vous à vous sentir tout petit !
https://www.youtube.com/watch?v=jU1DsipURcM
Certains de ces trous noirs sont relativement petits — toutes proportions gardées, évidemment. Par exemple, Sagittarius A*, qui structure toute la voie lactée, n’est « que » 30 fois plus grand que notre soleil. Il fait pâle figure par rapport aux cadors de la catégorie des trous noirs supermassifs, comme NGC 7727. Toujours par rapport à la « Terre tête d’épingle citée » plus haut, ce géant aurait un diamètre équivalent à celui d’environ 5 Soleils côte à côte.
Dézoomez encore, et vous arrivez encore dans une nouvelle catégorie avec des mastodontes comme le fameux M87. Son diamètre est estimé à 38 milliards de kilomètres — soit plus de deux fois la taille de notre système solaire ! Il est si grand qu’un photon mettrait presque trois jours à le traverser de bout en bout à la vitesse de la lumière.
Et même si cela semble inconcevable, il est encore ridiculement petit par rapport aux champions de cette catégorie. L’exemple le plus célèbre est certainement celui de TON 618. On peut d’ailleurs l’observer à la fin de la vidéo de la NASA. Le diamètre de ce véritable titan est estimé à environ 400 milliards de kilomètres, soit 20 à 30 fois celui du système solaire… ou plus de trente milliards de fois celui de la Terre.
Même un rayon de lumière mettrait plusieurs semaines à parcourir cette distance phénoménale. À titre de comparaison, le même rayon mettrait à peine plus d’un dixième de seconde pour faire le tour de notre planète.
Et le plus impressionnant, c’est que l’Univers cache sans doute d’autres béhémoths encore plus monstrueux. Après tout, l’immense majorité de ces objets n’ont jamais été observés jusqu’à présent. Aussi énorme soit-il, TON 618 n’est peut-être qu’un gringalet dans la famille des trous noirs supermassifs. Il n’est pas impossible que d’autres corps célestes encore plus titanesques soient identifiés ces prochaines années. Une perspective qui force l’humilité !
🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, abonnez-vous sur Google Actualités. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.
