Dernière mise à jour : 06 mai 2023

L'ombre du trou noir

L'environnement du trou noir ?

Le trou noir lui-même : aucun rayon lumineux ne peut atteindre l’observateur

Un trou noir est un objet astrophysique fascinant et mystérieux qui défie notre compréhension. Sa masse est extrêmement élevée et son volume très petit, c'est un trou dans l'espace-temps, peut-être un point ! on parle de singularité. C'est pourquoi on ne voit jamais un trou noir mais seulement les phénomènes qui apparaissent autour de lui et qui permettent de le définir.

L'horizon des évènements :

Dans la région autour du trou noir, la vitesse d'échappement est égale à la vitesse de la lumière (Vech = c).

A partir de la vitesse d'échappement on peut calculer le rayon de cette zone, appelé l'horizon des évènements, V²ech = 2 GM/R.

Le rayon du trou noir, qui correspond à l'horizon des évènements, est proportionnel à sa masse r = 2GM/c^2 (rayon de Schwarzschild) où G est la constante gravitationnelle, M la masse du trou noir, et c la vitesse de la lumière.

Par exemple, pour un trou noir d'une masse solaire on obtient un rayon de 3 km, autrement dit, une sphère comme le Soleil qui a un rayon de 696 340 km devrait être condensé sur 3 km, pour devenir un trou noir.

L'ombre d'un trou noir :

L'ombre du trou noir est un phénomène prédit par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein (1879-1955).

En raison de son intense gravitation, un trou noir empêche la lumière de s'échapper de la région sombre et sphérique qui se forme autour de lui dans l'espace-temps. Cette région représente l'ombre du trou noir. La lumière est tellement déviée par la gravité du trou noir qu'elle reste piégée dans cette zone qui nous apparait noire.

L'ombre du trou noir mesure sur cette image une semaine-lumière (environ 18,6 milliards de km). L'ombre du trou noir n'est pas le trou noir mais sa manifestation.

Différence entre "horizon des événements" et "ombre du trou noir" :

L'horizon des événements et l'ombre d'un trou noir sont deux concepts différents mais intimement liés car ils représentent la même région de l'espace.

- L'horizon des événements est une surface sphérique imaginaire qui marque la limite de la région de l'espace-temps où le champ gravitationnel est suffisamment intense pour empêcher toute matière ou rayonnement de s'en échapper.

- L’ombre du trou noir est une région sombre observée dans une image, causée par la capture gravitationnelle des photons. Elle ne représente pas un volume physique, mais une zone projetée dans le ciel où aucun rayon lumineux provenant de la matière en arrière-plan ou en orbite n’atteint l’observateur. Cette ombre est formée par des rayons lumineux passant à proximité de la "sphère photonique", en dehors de l’horizon des événements, mais qui sont déviés de manière à tomber dans le trou noir.

En d'autres termes, la formation de l'ombre d'un trou noir est causée par l'effet de courbure de la lumière autour du trou noir.

La lumière provenant de derrière un trou noir est courbée en suivant les contours de l'espace-temps déformé. Elle est tellement courbée qu'elle ne paut atteindre un observateur distant, créant ainsi une région sombre dans le champ de vision de l'observateur.

En résumé : L’ombre d’un trou noir est une région sombre apparaissant sur une image du ciel, correspondant à la direction angulaire depuis laquelle aucun rayon lumineux ne peut atteindre l’observateur. Elle ne correspond pas à une structure physique située à l’intérieur de l’horizon des événements, mais résulte de la capture gravitationnelle des photons qui s’approchent trop près du trou noir. Cette ombre s’étend bien au-delà de l’horizon, et sa taille apparente est déterminée par les géodésiques nulles critiques qui spiralent vers le trou noir depuis la "sphère photonique".