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Pulkeet, 12 ans : « Un humain pourrait-il rentrer dans un trou noir pour l’étudier ? »

Prêt à rentrer dans un trou noir ? Firammm/Shutterstock

Pour résoudre les mystères des trous noirs, le plus simple serait qu’un humain s’y aventure. Mais c’est un peu compliqué : un humain ne peut le faire que si le trou noir en question a deux caractéristiques, être à la fois supermassif et isolé. Il faut également que la personne qui y pénètre ne s’attende pas à faire part de ses découvertes à quiconque dans le reste de l’univers.

Nous sommes tous deux physiciens et étudions les trous noirs, mais à bonne distance. Les trous noirs comptent parmi les objets astrophysiques les plus abondants de notre univers. Ces objets intrigants semblent être un ingrédient essentiel de l’évolution de l’univers, du Big Bang à nos jours. Ils ont probablement eu un impact sur la formation de la vie humaine dans notre propre galaxie.

Il existe deux types de trous noirs

L’univers est rempli de différents types de trous noirs. Leur taille varie et ils peuvent être chargés électriquement, comme le sont les électrons ou les protons dans les atomes. Certains trous noirs tournent sur eux-mêmes. Il existe deux types de trous noirs qui sont pertinents pour répondre à ta question. Le premier ne tourne pas, est électriquement neutre et a une masse équivalente à celle de notre Soleil. Le second type est un trou noir supermassif, dont la masse est des millions, voire des milliards de fois supérieures à celle de notre Soleil.

Outre la différence de masse entre ces deux types de trous noirs, ce qui les différencie également est la distance entre leur centre et leur « horizon des événements » ; une mesure appelée distance radiale. L’horizon des événements d’un trou noir est leur point de non-retour. Tout ce qui passe ce point sera avalé par le trou noir et disparaîtra à jamais de notre univers connu.

La distance entre le centre d’un trou noir et l’endroit où la gravité est trop forte pour être vaincue est appelée horizon des événements. Leo et Shanshan Rodriguez/Elsa Couderc, CC BY

À l’horizon des événements, la gravité du trou noir est si puissante qu’aucune force mécanique ne peut la surmonter ou la contrer. Même la lumière, la chose qui se déplace le plus rapidement dans notre univers, ne peut s’en échapper, d’où le terme de « trou noir ».

La taille radiale de l’horizon des événements dépend de la masse du trou noir concerné et est essentielle pour qu’une personne puisse survivre à sa chute dans celui-ci. Pour un trou noir d’une masse équivalente à celle de notre Soleil (une masse solaire), l’horizon des événements aura un rayon d’un peu moins de 3 kilomètres.

En revanche, le trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie, la Voie lactée, a une masse d’environ 4 millions de masses solaires et son horizon des événements a un rayon de l’ordre de 5 millions de kilomètres, soit 17 fois le rayon du Soleil.

Ainsi, une personne tombant dans un trou noir de la taille du Soleil se rapprochera beaucoup, beaucoup plus du centre du trou noir avant de passer l’horizon des événements, contrairement à une personne tombant dans un trou noir supermassif.

Cela implique, en raison de la proximité du centre du trou noir, que l’attraction exercée par le trou noir sur une personne sera multipliée par 1 000 milliards de fois entre la tête et les pieds. En d’autres termes, si la personne tombe les pieds en premier, alors qu’elle s’approche de l’horizon des événements d’un trou noir de ce type, l’attraction gravitationnelle sur ses pieds sera infiniment plus importante que celle exercée par le trou noir sur sa tête.

La personne subira un énorme étirement et se transformera en une sorte de spaghetti, avec très peu de chances d’y survivre…

Lorsque la personne s’approche de l’horizon des événements d’un trou noir de la taille d’un soleil, la grande différence de force gravitationnelle entre la tête et les orteils de l’individu le transforme en une sorte de spaghetti. Leo et Shanshan Rodriguez/Elsa Couderc, CC BY

Dans l’autre cas, une personne tombant dans un trou noir supermassif atteindrait l’horizon des événements en étant beaucoup plus loin de la source centrale de la force gravitationnelle, ce qui signifie que la différence de force gravitationnelle entre la tête et les pieds serait presque nulle. Ainsi, la personne traverserait l’horizon des événements sans être affectée, ne serait pas étirée en un spaghetti, survivrait et flotterait sans douleur au-delà de l’horizon du trou noir.

Une personne tombant dans un trou noir supermassif aurait des chances de survivre. Leo et Shanshan Rodriguez/Elsa Couderc, CC BY

Ce n’est pas qu’un problème de taille

La plupart des trous noirs que nous observons dans l’univers sont entourés de disques très chauds de matière, composée principalement de gaz et de poussière ou d’autres objets comme des étoiles et des planètes qui se sont approchés trop près de l’horizon et sont tombés dans le trou noir. Ces disques, appelés disques d’accrétion, sont très chauds et turbulents. Ils ne sont certainement pas hospitaliers et rendent le voyage dans le trou noir extrêmement dangereux.

Pour y pénétrer en toute sécurité, il faut trouver un trou noir supermassif complètement isolé, qui ne se nourrit pas de la matière, du gaz ou même des étoiles environnantes.

Si une personne trouvait un trou noir supermassif isolé et adapté à l’étude scientifique et décidait de s’y aventurer, tout ce qui serait observé ou mesuré à l’intérieur du trou noir serait confiné dans l’horizon des événements du trou noir.

Sachant que rien ne peut échapper à la force gravitationnelle au-delà de l’horizon des événements, la personne qui s’y aventurerait ne pourrait envoyer aucune information sur ses découvertes au-delà de cet horizon. Son voyage et ses découvertes seraient à jamais perdus pour le reste de l’univers. Mais il apprécierait l’aventure, tant qu’il survivrait… peut-être…


Diane Rottner, CC BY-NC-ND

Si toi aussi tu as une question, demande à tes parents d’envoyer un mail à : tcjunior@theconversation.fr. Nous trouverons un·e scientifique pour te répondre.

Traduit par Benoît Tonson et Elsa Couderc avec l’aide de DeepL.

This article was originally published in English

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