Les trous noirs sont des régions fermées de l’espace-temps dont rien, pas même la lumière, ne peut sortir. Contrairement à ce que l’ont croit souvent, ce n’est pas la présence d’une singularité qui définit un trou noir. Comment peut-on espérer les détecter ? Ces astres compacts, qui peuvent provenir de l’effondrement des étoiles ou d’autres processus mal compris survenus au début de l’univers, peuvent toutefois signaler indirectement leur présence et ce de plusieurs façons. Historiquement, la première a permis de découvrir des trous noirs comme Cygnus X-1. Elle repose sur le fait qu’un trou noir peut s’entourer d’un disque d’accrétion où la matière s’échauffe en tombant vers lui en spirale. Elle rayonne alors, en particulier dans le domaine des rayons X que peuvent observer des satellites comme Chandra.Notons qu’il peut se produire dans ces disques des sortes d’éruptions, avec des flashs intenses de rayonnement X. Ces disques d’accrétion sont parfois accompagnés de deux jets de particules perpendiculaires à eux mais qui ne sont pas émis directement par les trous noirs. Ils peuvent être spectaculaires quand le trou noir est « supermassif », contenant de quelques millions à quelques milliards de masses solaires, comme celui de la Voie lactée ou celui mis en scène dans le film Interstellar. Avec leurs jets géants, ces objets énormes sont à l'origine des quasars. On cherche à comprendre les phénomènes qui se produisent dans ces disques à l'aide de simulations sur ordinateur.Une nouvelle méthode : détecter les ondes gravitationnellesCes disques peuvent se former quand le trou noir fait partie d'un système binaire. L'astre compagnon, par exemple une géante rouge, peut perdre son gaz, arraché par les forces de marée. Dans le cas des trous noirs supermassifs, un disque se forme lorsqu’une étoile s’approche trop près ou quand il est alimenté par des courants de gaz de grande ampleur.Autre phénomène signalant la présence d’un trou noir, même sans disque d’accrétion, l’effet de lentille gravitationnelle. Des trous noirs errants, notamment ceux d'une grande masse, peuvent dévier les trajectoires des rayons lumineux comme le ferait une lentille. On pourrait donc en théorie observer un fort effet de lentille gravitationnelle déformant l’image de la Voie lactée en arrière-plan suite au passage d’un trou noir.Une dernière façon de les repérer est de détecter les ondes gravitationnelles produites par la fusion de deux trous noirs formant un système binaire. C’est ce qui a été fait avec les instruments Ligo et Virgo.© Futura
