Peut-on voir des trous noirs ?

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Comment détecter un trou noir ?

Par définition, un trou noir n'émet rien. Pour le détecter, il va falloir recourir à des méthodes indirectes.

Si le trou noir fait partie d'un système binaire, deux méthodes sont possibles :

variation de luminosité
La lumière de A nous parvient avant celle de B. Ainsi, même si l'objet pouvait briller uniformément, il y aura toujours un retard dans l'éclat observé.

Le diamètre de l'objet est donc au moins égal à la vitesse de la lumière multipliée par l'intervalle de temps qui sépare un minimum d'un maximum de brillance.

Si le trou noir est seul, ces méthodes ne sont évidemment pas applicables. Un trou noir seul a pu être détecté par un effet de micro-lentille gravitationnel : sa masse est suffisamment concentré pour dévier la lumière des étoiles derrière lui.

trou noir isolé
Sur les images à gauche, on distingue la différence de luminosité d'une étoile due au passage derrière le trou noir.

Source : NASA - Université de Notre Dame (Indiana)


Preuves observationnelles

Les trous noirs existent-ils, ou bien ne s'agit-il que d'étoiles à neutrons ?

Pour le savoir, une solution est d'examiner un tel astre dans un système binaire, en particulier son disque d'accrétion.
Plus on examine celui-ci près de l'astre central, plus la gravitation élevée qui y règne va décaler l'émission de rayons X, due au gaz chaud qui circule, vers les basses fréquences.
Le disque va ainsi apparaître de plus en plus rougi et faible près de l'étoile centrale.

S'il s'agit d'un trou noir, au moment où le gaz passe derrière l'horizon, il disparaît complètement, ce qui provoque une extinction de la luminosité.

disques d'accrétion comparés
Le disque d'accrétion autour d'un trou noir (à gauche) et autour d'une étoile à neutrons (à droite).

Outre le décalage vers le rouge de la lumière émise, du à l'intense champs gravitationnel de l'astre central, on remarque l'absence d'émission au centre dans le cas d'un trou noir.
Au contraire, l'étoile à neutrons possédant une surface solide, il y a un pic de luminosité au centre, là où le gaz heurte la surface.

(Document NASA/Chandra)

courbes de luminosité comparées
Courbes transversales de la luminosité du disque d'accrétion correspondant aux deux cas ci-dessus.

 

Le satellite Chandra est un télescope qui opère dans le domaine des rayons X. Grâce à lui, on a pu observer le phénomène de nova dans des systèmes binaires avec un astre ultra-compact.

Les émissions en rayons X de certaines de ces novae se sont révélées 100 à 1000 fois plus faibles que d'autres, ce qui tend à démontrer l'existence de trous noirs, conformément au raisonnement ci-dessus.