Le mystère des trous noirs (Documentaire)
Les trous noirs, les entités ou les régions les plus fascinantes de l'univers... Théorisés depuis 100 ans, on apprend toujours plus de choses sur les trous noirs !
Prenez votre place pour l'avant première du plus gros documentaire de ma chaine (le projet des 100k) juste ici : https://ypl.me/uXk
Ce documentaire, en collaboration avec l'Agence spatiale européenne retrace la manière dont on les a théorisés, détectés et enfin observés. On évoque également les phénomènes à la fois contre-intuitifs et passionnant comme la dilatation du temps, le disque d'accrétion, les jets relativistes...
Un documentaire qui se veut presque complet et vulgarisé sur le phénomène mathématiques le plus bouleversants qui soit !
Merci à l'Agence spatiale européenne (ESA) de m'avoir permis de réaliser ce documentaire ! Merci au centre d'astronomie spatiale de l'ESA (ESA-ESAC), à Madrid, de m'avoir accueilli !
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00:00 [Musique]
00:12 Les trous noirs.
00:14 Ces objets, si on peut les nommer ainsi, dépassent véritablement l'entendement.
00:18 C'est quelque chose de très difficile à comprendre pour notre imagination.
00:22 Les trous noirs sont si denses qu'ils empêchent tout d'échapper à leur attraction.
00:25 Ils distordent l'espace-temps de manière chaotique.
00:29 Nous n'y survivrions pas.
00:31 Aucun matériau ne peut survivre à ces forces énormes
00:34 parce que la gravitation est tellement plus forte.
00:36 Certains ont une masse de plusieurs dizaines de milliards de fois la masse du Soleil.
00:41 D'autres ont des tailles de plusieurs centaines de milliards de kilomètres.
00:44 Ils recèlent tellement de mystères qu'ils cachent en leur centre un point de densité infini.
00:49 Un endroit où le temps arrête totalement de s'évoluer.
00:52 Le temps est ralenti parce que l'espace-temps est fortement déformé dans un trou noir.
00:57 Les dimensions d'espace et de temps divergent et n'existent plus.
01:00 Et le pire dans tout ça, c'est que nos équations échouent toutes à décrire ces phénomènes.
01:04 Toutes les équations de la physique tombent un peu à l'eau avec ce genre de grandeur.
01:08 Quand on tente d'expliquer ces fameuses régions,
01:10 tous nos calculs mathématiques mènent vers un résultat. L'infini.
01:14 Quand de la matière s'approche trop près d'un trou noir,
01:16 celle-ci se retrouve emprisonnée, condamnée à tomber dans le trou noir pour l'éternité.
01:21 C'est un endroit dans l'espace où la gravité est tellement forte
01:25 que tout ce qui passe en proximité ne peut pas s'échapper.
01:29 Que sont-ils vraiment ? Existent-ils ? Et comment on les détecte depuis la Terre ?
01:33 Comment se forment-ils ? Pourquoi on ne les comprend pas ? Et où est-ce qu'ils se trouvent ?
01:37 Tellement de questions auxquelles on va répondre dans ce documentaire.
01:40 Malgré l'évolution folle de la physique ce dernier siècle,
01:49 on a quand même beaucoup de mal à les comprendre.
01:51 Et notre compréhension s'arrête à l'horizon des événements des trous noirs.
01:55 Si on peut courir, manger, voyager, c'est parce qu'on vit dans un espace à 4 dimensions.
02:01 On appelle l'espace-temps.
02:03 Ce sont des lieux qui nous aident à comprendre comment le monde fonctionne,
02:09 à comprendre les lois de la physique.
02:12 Les trous noirs sont si denses qu'ils empêchent tout d'échapper à leur attraction.
02:16 Ils ont une gravité si forte que même la lumière ne peut leur échapper.
02:20 Mais comment c'est possible ?
02:21 Est-ce que ces monstres de l'univers avalent-ils tout sur leur passage comme on le pense ?
02:25 Qu'est-ce qu'on pourrait y trouver à l'intérieur ?
02:27 Et même, quel est le plus gros trou noir de l'univers ?
02:29 Ce documentaire est en collaboration avec la médiathèque des jésuites,
02:32 qui m'accueille dans leur magnifique lieu, riche en histoire.
02:35 Mais également l'agence spatiale européenne, et je suis plutôt fier de vous présenter ce projet.
02:39 Sachez juste que le samedi 16 mars à 20h, je vous diffuserai en avant-première au cinéma
02:43 le documentaire le plus important de ma chaîne.
02:45 Je ne fais ça rien que pour vous, pour vous remercier des 100 000 abonnés,
02:47 donc n'hésitez pas à aller acheter votre place.
02:49 Et toutes les infos se trouvent en description de cette vidéo.
02:51 Et puis justement, ce même documentaire sortira après sur YouTube le samedi 30 mars.
02:55 A la fin de cette vidéo, n'hésitez pas à me donner vos avis par rapport à ce documentaire-là,
02:58 que ce soit en commentaire ou en message Instagram.
03:00 Je lirai tout, et je ferai au mieux pour vous répondre.
03:02 Sur ce, partons à l'aventure.
03:04 Tout commence au 18e siècle, quand John Mitchell émit l'idée d'un objet tellement massif dans l'univers
03:09 et tellement dense, que même la lumière ne pourrait échapper à son attraction gravitationnelle.
03:15 Un trou noir est essentiellement un concept mathématique, un objet mathématique à l'origine.
03:21 Il avait déjà été prévu au 18e siècle. On les appelait les étoiles noires.
03:26 On est en 1687, et un célèbre astronome anglais nommé Isaac Newton comprend une chose.
03:32 Il voit que si on tire un boulet de canon en l'air, il sera ralenti par la gravité, et finira par retomber au sol.
03:38 Mais si on l'envoie à une vitesse assez rapide, le boulet de canon pourrait bien ne jamais retomber sur Terre,
03:43 et continuer sa route vers l'espace.
03:45 Pour ça, il faut que le boulet de canon dépasse une certaine vitesse.
03:48 Une vitesse qu'on appelle la vitesse de libération.
03:51 La vitesse de libération, c'est donc la vitesse nécessaire pour permettre à un objet de se libérer de l'attraction gravitationnelle d'un astre, comme une planète.
03:59 C'est alors que John Mitchell commence à imaginer des étoiles très massives et denses, beaucoup plus que notre Soleil.
04:05 Ces étoiles auraient donc bien évidemment une forte attraction gravitationnelle.
04:08 Et l'astronome anglais leur imagine une vitesse de libération plus élevée que la vitesse de la lumière.
04:14 On aurait une étoile qui ne peut pas rayonner, puisque la lumière ne peut pas s'en échapper.
04:18 Puisque même si elle va à près de 1 milliard de km/h, elle sera retenue par la gravité de l'étoile.
04:23 On les appelle les étoiles noires.
04:25 Les étoiles noires n'ont pas grand succès à l'époque.
04:27 Ça semble être absurde, et semble être un concept totalement infondé.
04:31 En fait, tout simplement, on ne pensait pas que des objets aussi massifs pouvaient exister dans notre univers.
04:36 Mais tout va changer quand Einstein va publier sa théorie de la relativité générale en 1915.
04:41 Einstein va fournir un cadre mathématique qui va nous permettre de comprendre la gravité.
04:45 Puisque jusqu'alors, on ne savait pas comment agissait cette force de gravité.
04:48 On savait qu'elle existait.
04:49 Newton a dit que si la Lune tournait autour de la Terre, c'était grâce à la gravité.
04:53 Et si la Terre tournait autour du Soleil, c'était aussi grâce à la gravité.
04:57 Et même le simple fait que nous puissions marcher sur Terre, sauter, et bien ça aussi, c'est grâce à la gravité.
05:02 Le problème dans tout ça, c'est que même si ces calculs et ces prévisions étaient bonnes, et bien il manquait quelque chose.
05:07 Il manquait cette explication. Le pourquoi du comment.
05:10 Comment agissait cette force de gravité ?
05:12 Il n'y avait pas de cordes qui reliaient la Lune à la Terre, ni de cordes qui reliaient la Terre au Soleil.
05:17 Il manque quelque chose.
05:18 Comment se fait-il que ces objets massifs puissent être attirés l'un à l'autre ?
05:22 Et bien Einstein va fournir une réponse.
05:25 Si tous les objets ayant une masse dans l'univers s'attirent, c'est grâce à la gravité.
05:29 La Lune est attirée par la Terre et inversement.
05:31 De même pour le Soleil et les galaxies voisines, avec notre galaxie.
05:35 Tout ceci, on le doit à la gravité.
05:37 La gravité est la force qui explique pourquoi un objet en attire un autre.
05:41 Et plus cet objet est dense en matière, plus il l'attire de la masse.
05:44 Au départ, on décrivait la gravité comme une force grâce à Newton.
05:47 Ce physicien avait réussi à décrire des équations, qui marchent encore d'ailleurs, et qui permettaient de prédire le mouvement des planètes dans le futur.
05:53 Par exemple, en calculant la force gravitationnelle entre la Lune et la Terre,
05:57 on pouvait calculer et prédire son mouvement autour de la Terre et pareil pour les planètes autour du Soleil.
06:02 Mais on avait un problème.
06:04 Déjà, c'est que les équations de Newton, bien qu'elles soient correctes, avaient leurs limites et n'expliquaient pas tout.
06:09 On avait beau savoir comment calculer cette force, on ne savait pas comment elle agissait.
06:13 Et pendant plus de deux siècles, les scientifiques n'ont pas trouvé de réponse à cette grande question.
06:17 Mais tout devient clair en 1915, quand Einstein publie sa théorie de la relativité générale.
06:22 Dans sa théorie, on ne va plus décrire la gravitation comme une force, mais comme une déformation géométrique de l'espace-temps.
06:28 L'espace-temps, c'est un peu comme un tissu très fin qui s'étend dans tout l'univers entier.
06:32 Toutes les étoiles, les planètes, les lunes, les astéroïdes, sont tous disposés sur ce tissu.
06:37 Et exactement comme des billes qu'on déposerait sur un drap tendu,
06:40 chaque objet ayant une masse va venir créer une petite courbure au sein de ce tissu.
06:44 Cette courbure là, va être la cause de la gravitation.
06:48 Si un objet tourne autour d'un autre, c'est parce que l'objet en question suit une trajectoire au sein de la courbure,
06:53 créée par l'objet plus massif.
06:55 Alors, c'est donc ça la gravité.
06:57 C'est une déformation du tissu de l'espace-temps.
06:59 Evidemment, l'idée de tissu est une manière de se représenter ce qu'est l'espace-temps.
07:03 En réalité, ce continuum n'est pas physiquement réel.
07:06 Il n'existe pas de tissu qui remplit tout l'univers.
07:09 Seulement, c'est le meilleur moyen de l'imaginer.
07:11 Einstein nous aura donc donné la réponse.
07:13 La gravitation n'est pas seulement une force.
07:15 Elle en est une, puisqu'on peut la décrire comme telle,
07:17 mais c'est aussi et surtout une conséquence de la déformation géométrique du continuum espace-temps.
07:22 Et cette courbure de l'espace-temps, elle est seulement créée par la présence d'un objet massif, ou d'une énergie.
07:27 Sauf que devinez quoi, dans les équations d'Einstein, se cache quelque chose de très intéressant.
07:32 Selon la relativité générale, il pourrait y avoir des astres extrêmement massifs et denses,
07:37 qui pourraient courber l'espace-temps à l'infini.
07:40 A tel point que ces astres empêcheraient la lumière de circuler dans l'univers tel qu'elle le fait normalement.
07:44 Elles auraient en fait la capacité à comme absorber la lumière,
07:47 et la contraindre à converger vers le centre de cette région.
07:50 Impossible donc pour quiconque ou quoi que ce soit de faire demi-tour,
07:53 mais l'idée des trous noirs ne se démocratise pas à cette époque.
07:56 Ces astres extrêmement massifs et denses en un point,
07:59 c'est Karl Schwarzschild qui va les trouver en étudiant les équations de la relativité générale.
08:03 Plus précisément, il va trouver une sorte de limite,
08:06 au-delà de laquelle rien ne peut s'échapper de la gravité de l'objet.
08:10 Cette limite, c'est plutôt un rayon qu'on va appeler le rayon de Schwarzschild.
08:13 Prenons un exemple.
08:15 Le rayon de Schwarzschild du soleil, il est de 3 km.
08:18 On le sait parce qu'on le détermine grâce à sa masse totale.
08:21 Donc si toute la matière du soleil était condensée en l'espace de ce rayon de Schwarzschild minuscule,
08:25 alors le soleil ne serait plus une étoile,
08:28 puisque cet astre en question deviendrait tellement dense,
08:31 à tel point que sa vitesse de libération serait supérieure à la vitesse de la lumière.
08:35 Autrement dit, ça formerait une étoile noire.
08:38 Donc le rayon de Schwarzschild nous sert à déterminer le rayon d'un astre par rapport à sa masse.
08:43 Qui, si tout était condensé en cet espace, alors on y trouverait une étoile noire.
08:48 Voilà ce que prédisait la relativité générale.
08:50 Les écautions d'Einstein cachaient ce petit détail qui a tout changé.
08:54 On vient donc de prédire grâce à une théorie, pour la toute première fois, l'existence de ces étoiles noires.
08:59 La question maintenant, c'est pourquoi il existerait de tels astres sombres.
09:02 Comment se formerait-il et à quoi servirait-il ?
09:05 Malheureusement, malgré des hypothèses toutes plus farfelues que les autres,
09:09 il aura fallu attendre près de 20 ans pour avoir un premier élément de réponse,
09:12 qui va nous rapprocher un peu plus de la réalité.
09:15 On est en 1939, à la veille de la seconde guerre mondiale.
09:18 Cette année-là, c'est Robert Oppenheimer et Heartland Snyder qui vont supposer quelque chose d'intéressant.
09:24 Et si les étoiles noires existaient bien ?
09:26 Et quel était le résultat de l'effondrement gravitationnel d'une étoile ?
09:29 Que, parmi les étoiles qu'on voit dans le ciel,
09:32 certaines s'effondrent sous leur propre gravité et se condensent jusqu'à atteindre la fameuse limite de Schwarzschild.
09:38 A partir de là, on y verrait la formation d'un astre noir.
09:42 Un astre extrêmement dense, en un seul et unique point central.
09:46 Un astre d'une certaine masse qui ne laisse rien échapper, même la lumière.
09:51 Un astre invisible que personne ne peut voir, mais qui pourtant existe partout.
09:55 Et on arrive en 1967.
09:58 Si on ne parle pas trop encore des trous noirs, c'est parce que ce terme-là n'existe pas encore vraiment.
10:01 Mais c'est à partir de cette date qu'on va en entendre parler.
10:04 Et ça, on le doit à John Wheeler, un célèbre physicien théoricien américain,
10:09 qui a passé la majorité de sa vie à étudier la relativité générale et les trous noirs.
10:13 C'était d'ailleurs un des tout derniers collaborateurs d'Einstein,
10:16 et il a continué après lui, d'essayer de trouver la théorie du trou, en vain.
10:21 Ça fera donc presque 200 ans que les théoriciens avaient prédit les trous noirs.
10:25 Mais jusqu'à l'heure, on n'avait rien trouvé.
10:28 Mais il n'aura pas fallu attendre trop longtemps.
10:31 En 1970, le satellite URU observe le ciel dans les rayons X.
10:35 Et il y trouve un objet qui attire l'attention des astronomes dans la constellation du Cine.
10:40 Une source lumineuse en rayons X, étrangement très brillante.
10:43 Ce qu'on remarquait d'encore plus étrange, c'était que le rayonnement de cet objet mystérieux
10:47 avait la capacité de varier extrêmement rapidement.
10:50 On y voyait de légères variations de luminosité, pour l'espace de quelques secondes,
10:54 voire même parfois quelques millisecondes.
10:57 Il n'y a pas de doute, il y a une activité suspecte autour de cet astre.
11:01 Et il faut comprendre ce qu'il en est.
11:02 De très petite taille, cet astre a laissé les astronomes perplexes pendant un bon moment.
11:06 Qu'est-ce que cette source de lumière à rayons X a-simie la neigle lumière de la Terre ?
11:10 Pour le comprendre, les astronomes ont décidé d'analyser le mouvement que faisait une étoile voisine.
11:15 Une étoile qu'on nomme HDE 226868.
11:18 En analysant la lumière et la couleur de cette étoile, on a pu déterminer sa masse.
11:22 Elle faisait presque 30 fois la masse de notre Soleil.
11:26 On parlait donc là d'une étoile bien plus massive, bien plus chaude et bien plus grosse que notre Soleil.
11:30 Ce qu'on remarquait d'autre, c'est le mouvement assez particulier que faisait cette étoile,
11:34 autour de la source de rayons X.
11:35 Avec toutes les informations qu'on avait, les astronomes ont pu trouver la masse requise à un astre,
11:39 pour faire effectuer un tel mouvement, à une étoile de 30 masses solaires.
11:43 En fait, on essayait là de déterminer la masse de la source lumineuse au centre.
11:47 Et on en conclut qu'elle devait être 10 fois supérieure à celle de notre Soleil environ.
11:51 Les preuves observationnelles sont là.
11:53 A moins que nos calculs soient faux, c'est bien un astre visible qu'en rayons X,
11:57 de très petite taille et de 10 masses solaires qui existent à 6000 années-lumière de Terre.
12:01 Cet astre, c'est un trou noir.
12:04 Par la suite, les découvertes vont s'enchaîner et on va découvrir des trous noirs encore plus gros,
12:08 qu'on nommera des trous noirs supermassifs.
12:11 On les trouverait au centre des galaxies, comme la nôtre, la Voie Lactée.
12:15 Et enfin, le 10 avril 2019, c'est la date qui marquera l'histoire.
12:19 Plusieurs observatoires à travers le monde vont former un réseau mondial de télescopes.
12:23 Ils vont observer le ciel en même temps et coordonner leurs opérations.
12:27 Le défi principal, c'est la météo, qu'il n'y ait aucun nuage sur aucun des sites.
12:31 L'objectif est donc de créer un télescope géant virtuel de la taille de la Terre.
12:35 On le nomme l'Event Horizon Telescope.
12:38 En 2019, ils décident d'aller observer le trou noir supermassif M87,
12:42 situé au cœur de la galaxie M87, à 50 millions d'années-lumière d'ici.
12:47 En scrutant le ciel, les astronomes ressortent cette image,
12:51 qui va marquer l'histoire de l'astronomie.
12:53 C'est la première image d'un trou noir, théorisée 100 ans plus tôt avec la Relativité Générale.
12:58 La boucle est bouclée.
12:59 On a l'image d'un trou noir sous nos yeux, et pas n'importe lequel.
13:02 Celui-ci fait près de 6,5 milliards de fois la masse du Soleil.
13:07 Ces immenses trous noirs n'ont rien à voir avec les trous noirs stellaires.
13:11 Ceux-là sont bien plus gros et bien plus massifs,
13:14 de l'ordre du million à plusieurs milliards de masses solaires, comme ici.
13:18 On en a un au cœur de notre galaxie la Voie Lactée, on l'appelle Sagittarius A*.
13:23 Et il ferait dans les environs de 4 millions de masses solaires.
13:27 De par leur énorme masse, ces trous noirs sont aussi bien plus grands
13:30 et ont un rayon de Schwarzschild gigantesque.
13:33 Par exemple, celui de M87 ferait près de 120 fois la distance entre la Terre et le Soleil.
13:38 Soit plus de 3 fois la distance entre Soleil et Pluton,
13:41 la planète Nen située au fin fond de notre système solaire.
13:44 Un trou noir, peu importe sa masse, reste un trou noir.
13:47 Et les principales différences entre un trou noir supermassif et stellaire,
13:50 ce sont leur masse et leur taille.
13:52 Les trous noirs supermassifs ont beau être de plusieurs milliards de fois la masse du Soleil,
13:56 les trous noirs stellaires sont quant à eux beaucoup plus petits.
13:59 Et leur masse ne va pas au-delà de quelques dizaines de masses solaires.
14:02 Les trous noirs stellaires sont en quelque sorte les petits frères et sœurs des trous noirs supermassifs.
14:07 Et cette différence, on la doit principalement à leur formation.
14:11 Les deux types de trous noirs ont des formations différentes.
14:13 Les trous noirs stellaires se forment bien à la suite de l'effondrement d'une toile.
14:17 Tout ça sous l'effet d'une seule force, la force gravitationnelle.
14:20 Ce qu'il faut comprendre, c'est que toutes les forces, les forces fondamentales de l'univers,
14:26 ont une force opposée à l'exception de la force de la gravité.
14:30 Il y a une charge électrique positive et une charge électrique négative.
14:34 Et si vous les mettez ensemble, elles s'annulent.
14:37 Vous avez le plus et le moins magnétique, le pôle Nord et le pôle Sud, ils s'annulent.
14:43 Mais la gravitation, il n'y a pas de force contraire.
14:46 La gravitation est toujours présente.
14:49 C'est pourquoi, quand vous avez une étoile, vous avez une sorte de four énergétique au centre
14:54 qui est alimenté par la combustion nucléaire et qui produit de l'énergie.
14:58 Donc ce qui se passe, en fait, l'étoile est maintenue en équilibre
15:02 parce qu'il y a un équilibre entre la force de radiation,
15:04 c'est-à-dire que l'étoile, elle va consommer son combustible,
15:07 donc c'est des atomes d'hydrogène, d'hélium,
15:09 et elle va rayonner de l'énergie et cette énergie va pousser vers l'extérieur.
15:13 Ça, c'est ce qu'on appelle la force de radiation.
15:15 Mais cette source d'énergie n'est pas aussi inépuisable que la gravitation.
15:19 Lorsque la matière brûlante s'épuise, l'étoile s'effondre.
15:23 La supernova, c'est l'arrêt, en fait, de cet équilibre.
15:26 En fait, l'étoile, au bout d'un moment, elle va arriver, elle va rompre tout son carburant,
15:30 elle n'aura plus de carburant à brûler, elle n'aura plus d'énergie à créer jusqu'au fer.
15:34 Et là, l'équilibre est complètement rompu et en une fraction de seconde,
15:37 tu as la supernova, du coup, et à la fin, il te reste un corps très compact.
15:41 Il peut être une étoile à neutrons ou un trou noir stellaire.
15:45 Après l'explosion, le noyau de l'étoile s'effondre subitement,
15:49 presque instantanément sur lui-même.
15:51 Selon la masse de l'étoile à la base, la gravité qui va compresser le noyau
15:55 va être plus ou moins forte.
15:56 On va alors y voir la formation d'une étoile à neutrons.
15:59 Mais si l'effondrement du noyau est plus intense,
16:02 alors on va y voir la formation d'un as encore plus compact, un trou noir.
16:06 Et ça n'a pas de fin théorique.
16:09 Mais lorsque vous avez suffisamment de masse,
16:12 vous pouvez surmonter tous les principes et lorsque vous y êtes,
16:15 vous avez un trou noir.
16:17 Donc, quand vous avez une étoile de masse suffisante,
16:21 sans source d'énergie nucléaire, elle s'effondre jusqu'à l'infini.
16:26 Il s'agit alors d'un trou noir de masse stellaire.
16:30 L'espace-temps va se courber à l'infini en un point de densité extrême.
16:34 Et la lumière ne pourra plus s'échapper de la région en question.
16:37 Un trou noir se sera alors formé.
16:39 Et ces trous noirs-là, on peut les voir un peu partout,
16:42 comme les étoiles qu'on voit un peu partout.
16:44 À partir du moment où il y a une étoile massive quelque part,
16:47 elle va finir par mourir.
16:49 Et la fin de vie d'une étoile massive,
16:51 donc quand je parle d'une étoile massive, c'est à peu près 10 masses solaires ou plus,
16:54 donc les ordres de grandeur peuvent changer à peu près.
16:57 Mais il y a aussi d'autres phénomènes physiques à prendre en compte,
17:00 la métallicité de l'étoile, mais je ne vais pas rentrer dans les détails.
17:03 En gros, on parle de masse.
17:05 Et si une étoile massive meurt, elle va laisser derrière un trou noir,
17:08 ou une étoile à neutrons, c'est une autre possibilité également.
17:12 Et donc du coup, partout où tu vois une étoile massive, il peut y avoir un trou noir.
17:15 Donc le plus proche de nous qu'on ait observé,
17:18 ça ne veut pas forcément dire que c'est le plus proche de nous,
17:20 mais c'est celui qu'on a observé et dont on est sûr,
17:23 et à peu près localisé à 1500 années-lumière d'ici, si je ne dis pas de bêtises.
17:28 Dès qu'une étoile meurt, elle peut donner un trou noir.
17:31 Donc partout dans notre galaxie, partout dans l'univers,
17:34 des trous noirs stellaires existent,
17:36 tous très petits, de l'ordre de quelques kilomètres,
17:39 mais qui condensent autant de matière que plusieurs soleils,
17:42 dans un espace allant de quelques dizaines de kilomètres, tout au plus.
17:45 C'est là qu'on voit à quel point ces astres sont extrêmement denses,
17:48 en un point central.
17:50 Les trous noirs supermassifs, quant à eux, ne se forment pas de la même manière.
17:53 Ils sont bien plus gros et bien plus massifs,
17:56 et la simple mort d'une étoile ne pourrait pas donner assez de matière pour ça.
18:00 Malheureusement, encore aujourd'hui,
18:02 personne ne sait comment ces régions se forment.
18:04 Un problème avec les trous noirs supermassifs
18:07 est que nous ne savons pas comment ils grandissent,
18:09 comment ils peuvent grandir.
18:11 Parce que ce qui se passe, c'est que vous agglomérez de la matière,
18:15 on peut dire qu'on y met juste de la matière dedans.
18:18 Quand vous y mettez de la matière,
18:20 cette matière doit se débarrasser de son énergie cinétique,
18:23 et c'est ce qui produit les radiations.
18:25 Ainsi, vous accréditez de la matière,
18:27 vous produisez des radiations qui affectent la matière environnante.
18:30 Ce processus est très difficile à comprendre,
18:33 mais en fait, on se rend compte qu'il est impossible pour le trou noir
18:36 d'atteindre 10 ou 9 masses solaires.
18:39 Ces trous noirs-là, on les détecte au centre des galaxies.
18:42 Il y en a un au centre de la nôtre,
18:44 et d'autres au centre des galaxies voisines.
18:46 Mais qu'en est-il des autres galaxies ?
18:48 Nous pensons que dans le centre de toutes les galaxies,
18:50 ou au moins dans les grandes galaxies,
18:52 il y a un trou noir supermassif.
18:55 Supermassif signifie qu'il a une masse d'environ
18:58 100 000 ou 1 million de fois ou plus la masse du Soleil.
19:02 Et ces trous noirs, s'ils sont entourés de suffisamment de matière,
19:06 produisent beaucoup de rayons X.
19:08 On les appelle souvent les AGN,
19:11 les noyaux actifs de galaxies,
19:13 qui produisent beaucoup de rayons X.
19:15 Et s'il y a de la matière autour de ces trous noirs sans trop,
19:18 nous pouvons les étudier également à l'aide de l'X-rayisme.
19:21 Si tu prends une galaxie et que tu la mets à l'échelle de la Terre,
19:24 donc la Terre c'est la taille d'une galaxie,
19:26 le trou noir supermassif en son centre serait de la taille d'une pièce.
19:30 Et en fait, cette pièce a une énorme influence sur toute la galaxie
19:33 au point même qu'elle pourrait la tuer à terme,
19:35 puisque le fait qu'il y ait un trou noir supermassif
19:38 va chauffer toute la matière autour
19:40 et va empêcher les nuages moléculaires de s'effondrer
19:42 et de créer de nouvelles étoiles.
19:44 Parmi tous les trous noirs qu'on a détectés aujourd'hui,
19:46 il en existe un, à près de 10 milliards d'années-lumière,
19:50 qui se trouve être le plus massif de l'univers qu'on connaît aujourd'hui.
19:53 Et depuis sa découverte, on a bien du mal à en trouver un autre,
19:56 qui est son encore plus massif, ce trou noir.
19:59 C'est Tone 618.
20:01 Je me souviens bien, c'est quelque chose comme 66 milliards de masse solaire,
20:05 donc c'est énorme.
20:06 L'horizon des événements fait 200 milliards de kilomètres,
20:10 donc pareil, l'influence de ce trou noir est extrême.
20:13 200 milliards de kilomètres.
20:15 C'est plusieurs fois la taille de notre système solaire.
20:18 Pour égaler sa masse, il faudrait regrouper près de 66 milliards de soleil
20:22 en un même endroit.
20:23 Alors en plus d'être de densité infinie en son centre,
20:26 ce trou noir empêche donc la lumière de s'échapper
20:29 sur un rayon de près de 200 milliards de kilomètres.
20:32 On pourrait véritablement le considérer comme un monstre.
20:34 Et s'il est aussi lumineux, c'est parce qu'il y a de la matière autour.
20:37 De par sa taille immense et sa forte attraction gravitationnelle,
20:40 la matière tourne autour du trou noir et crée de la lumière.
20:43 C'est ça qui rend un trou noir visible, entre guillemets.
20:46 Prenons la photo du trou noir M87.
20:48 Ce qu'on a ici, ce n'est pas véritablement la photo du trou noir,
20:51 mais la photo de toute la matière qui va se trouver autour du trou noir.
20:55 Mais ce n'est en rien le trou noir en lui-même.
20:57 On se retrouve alors avec cette image qu'on a tous déjà vue.
21:00 C'est la photo d'un trou noir.
21:01 Et je vois venir, vous allez me dire,
21:02 mais comment on a pu prendre en photo un trou noir,
21:04 alors qu'en théorie, un trou noir, c'est noir ?
21:07 La lumière ne peut pas s'échapper d'un trou noir.
21:09 C'est donc invisible.
21:10 Et ce, peu importe dans quelle longueur d'onde on observe le ciel,
21:13 que ce soit en rayon X, en infrarouge, ou même en UV,
21:16 un trou noir est invisible.
21:18 En fait, sur cette photo,
21:19 ce qu'on voit, c'est le disque d'accrétion du trou noir.
21:22 Les trous noirs, comme le suggère le terme,
21:24 ne produisent pas de lumière.
21:26 Nous ne pouvons pas les détecter.
21:28 Mais nous savons qu'ils existent.
21:30 Donc on doit les détecter d'une manière ou d'une autre.
21:32 Nous n'y voyons jamais directement.
21:35 Les trous noirs ne sont qu'un objet mathématique,
21:37 mais en astrophysique, ils ne sont qu'un phénomène.
21:40 Il s'agit simplement de la gravité et d'une rotation.
21:44 Les trous noirs ne sont pas tous détectables,
21:47 car les trous noirs n'émettent rien.
21:50 Nous ne pouvons repérer que ceux qui,
21:53 pour une raison ou une autre,
21:55 ont de la matière qui tombe dans le trou noir et s'échauffe.
21:59 Un trou noir interagit avec la matière
22:01 et dans certaines circonstances, s'il y a de la matière autour.
22:04 Pour détecter un trou noir,
22:06 il faut donc des interactions avec la matière environnante.
22:09 Et cette matière environnante peut produire des rayons X.
22:13 Les rayons X sont donc un moyen de détecter les trous noirs.
22:16 M87 est un trou noir, donc il est invisible.
22:19 On a plusieurs méthodes pour les détecter,
22:21 mais l'une d'entre elles consiste à les observer.
22:23 Sauf qu'observer un trou noir n'a pas vraiment de sens en réalité.
22:26 S'ils sont invisibles, c'est qu'on ne peut pas les observer.
22:29 Ces agions absorbent de la lumière en quelque sorte,
22:31 et ainsi, ils n'en émettent pas.
22:33 Alors comment se fait-il qu'on puisse en observer certains
22:36 avec des télescopes à rayons X ?
22:38 Ça justement, on le doit au disque d'accrétion du trou noir.
22:41 Un disque d'accrétion, c'est donc un disque de matière
22:44 qui peut parfois être gigantesque et qui va tourner autour du trou noir.
22:47 En tournant, la matière frotte contre le trou noir et s'échauffe
22:50 de plus en plus et va créer un rayonnement.
22:52 Mais pas n'importe quel rayonnement.
22:54 Cela va être un rayonnement très intense et très énergétique,
22:57 qu'on verra sous la forme de rayons X.
22:59 C'est principalement de l'hydrogène, de l'hélium,
23:02 avec quelques métaux.
23:04 En astrophysique, nous appelons métaux tout ce qui est plus lourd que l'hélium,
23:09 comme le carbone, l'azote, l'oxygène.
23:11 Mais c'est un peu tous des atomes ionisés.
23:14 C'est ce qu'on appelle un plasma, un gaz d'atomes ionisés.
23:20 L'accrétion, c'est quand la matière est transférée d'un autre objet
23:24 ou de l'environnement vers un objet central.
23:27 C'est par l'émission de lumière très énergétique
23:31 qu'on peut observer cette sorte d'halos lumineux autour du trou noir en rayons X.
23:35 Voilà pourquoi un trou noir peut être détecté.
23:38 Parce que si le trou noir a un disque d'agression,
23:40 en l'observant en rayons X, on verra son émission de lumière très intense.
23:44 Les trous noirs, comme on l'a dit, ont une forte attraction gravitationnelle.
23:48 C'est la raison qui fait que lorsqu'il y a de la matière à proximité d'un trou noir,
23:51 elle va être attirée en cette direction.
23:53 Ça peut être des étoiles, des planètes, des comètes ou simplement du gaz.
23:57 Cette matière va d'abord prendre en vitesse et se rapprocher,
24:00 puis orbiter autour du trou noir.
24:02 Un disque d'agression se forme parce qu'il n'est pas possible
24:04 de tomber directement dans l'objet, comme un trou noir,
24:07 car il existe un principe fondamental appelé préservation du moment angulaire.
24:12 Et plus le temps passe, plus la matière ou les astres qui orbitent autour du trou noir
24:19 vont être attirés et vont se rapprocher.
24:21 En s'approchant, les astres vont se disloquer sous la forme de petits grains,
24:25 toujours de plus en plus fins, jusqu'à ne devenir que du gaz.
24:28 Ce gaz va continuer de tourner autour du trou noir,
24:31 puis il va s'échauffer, de plus en plus.
24:33 Le disque d'agression qui se forme devient très chaud,
24:38 jusqu'à des millions ou des dizaines de millions de degrés.
24:41 Et donc c'est ça qui émet des rayons X, des lumières de très haute énergie.
24:48 Toute cette matière va se transformer en un plasma avec la chaleur qui augmente
24:51 et qu'on estime à plusieurs millions de degrés Celsius.
24:54 La vitesse de rotation augmente et la chaleur augmente aussi,
24:58 ce qui va émettre de la lumière.
25:00 Finalement, on va y observer la création de ce qu'on appellera un disque d'agression.
25:04 Par la suite, la matière finira par passer la frontière de non-retour du trou noir,
25:08 au-delà de laquelle plus rien ne peut s'échapper
25:10 et sera contrainte de tomber vers le centre du trou noir.
25:13 Ça, c'est le cas pour tous les trous noirs.
25:15 Les trous noirs supermassifs vont former un disque d'agression
25:18 dès lors qu'il y a des étoiles à proximité d'eux ou d'autres matériaux.
25:21 Pour les trous noirs stellaires, ça peut être ça,
25:23 mais il existe un phénomène très courant qu'on observe dans les systèmes binaires.
25:26 Imaginez deux étoiles qui se tournent autour.
25:29 On appelle ce genre de système des systèmes binaires.
25:32 Et ces systèmes ne sont pas rares dans notre galaxie ou dans notre univers.
25:36 Il existe d'ailleurs plus d'étoiles vivant en couple que d'étoiles seules.
25:39 Le Soleil, par exemple, est une étoile seule, célibataire aux yeux de l'univers.
25:43 Sauf que dans les systèmes binaires,
25:45 il arrive qu'une des deux étoiles arrive à la fin de sa vie.
25:48 Du coup, alors qu'avait-il de l'étoile qui lui servait de partenaire ?
25:52 Eh bien, elle peut piéger la matière de cette étoile
25:57 et que cette matière tombe,
25:59 que ce gaz tombe vers le trou noir
26:01 et qu'à cause de la force de gravité,
26:04 elle se met à tourner très vite
26:06 pendant un tourbillon qui tourne très vite.
26:09 Donc les trous noirs stellaires peuvent eux aussi posséder un disque d'agression.
26:13 Quand une des deux étoiles meurt, l'autre détruit son étoile compagnie,
26:17 l'entraînant avec elle dans sa chute.
26:19 Un scénario fatal, qui n'est pourtant pas rare dans l'univers.
26:23 Et la formation de ce disque d'agression crée de la lumière sous la forme de rayons X.
26:27 À cause des frottements, elle s'échauffe jusqu'à atteindre plusieurs millions,
26:32 voire dizaines de millions de degrés.
26:35 Ce sont des températures très élevées, gigantesques.
26:38 Et ce sont précisément les températures nécessaires pour produire des rayons X,
26:43 qui sont des émissions de lumière très énergétiques qui nécessitent des conditions très extrêmes.
26:47 L'émission de rayons X est l'une des formes les plus élevées de rayonnement électromagnétique.
26:52 Le rayonnement électromagnétique correspond à toutes les formes de lumière que nous connaissons.
26:57 La lumière qu'on voit dans la vie tous les jours fait partie du spectre visible.
27:01 Cette partie du spectre est constituée de toutes les couleurs qu'on peut voir avec nos yeux.
27:05 Le soleil jaune dans le ciel, l'herbe verte, la terre marron, les murs beiges, bref.
27:09 Tout ça on le voit parce que c'est de la lumière qui fait partie du spectre visible.
27:13 La lumière, c'est une onde électromagnétique.
27:16 Donc ce qu'on voit, ce sont bien des ondes électromagnétiques.
27:19 Mais nos yeux ne sont capables que de voir une partie de ces ondes électromagnétiques.
27:23 C'est ça la partie visible du spectre.
27:25 Il existe d'autres parties de ce spectre qu'on ne peut pas voir.
27:28 Par exemple, l'infrarouge.
27:30 Nos yeux n'ont pas la capacité d'observer le monde en infrarouge.
27:33 Dans ce même spectre, on y trouve les ondes radio, les micro-ondes, les ultraviolets, les rayons gamma et même.
27:38 Les rayons X.
27:40 Et tout ça donc dépend de la puissance de l'onde électromagnétique.
27:44 Et plus particulièrement des particules de lumière, les photons.
27:47 Les rayons X sont une forme de lumière à très haute énergie.
27:50 Et les énergies les plus élevées dans un disque d'agression autour d'un trou noir se produisent au centre,
27:55 dans les parties centrales du disque, parce que c'est là que se trouve l'énergie et la gravité la plus élevée.
28:01 Bref, les rayons X, c'est une onde électromagnétique.
28:04 C'est une lumière.
28:05 Sauf que ce n'est pas une lumière telle qu'on la voit dans la vie de tous les jours.
28:08 C'est une lumière bien plus énergétique, dans les disques d'agression,
28:12 de par la friction qu'il y a entre la matière et le trou noir.
28:15 De la chaleur extrême y règne.
28:17 Cette lumière est émise dans toutes les directions.
28:20 Nous pouvons la voir depuis la Terre, lorsque nous nous concentrons sur l'un de ces objets.
28:24 Sur un trou noir ayant une étoile compagnon,
28:28 ou un trou noir qui est au centre d'une galaxie.
28:32 Un trou noir supermassif.
28:35 Le gaz qui tombe vers le trou noir a des millions de degrés,
28:40 et met des rayons X que nous voyons avec le télescope spatial XMM-Newton,
28:45 que nous avons mis au point pour détecter les émissions des rayons X dans l'univers.
28:50 Alors là, je me trouve actuellement dans la salle du XMM-Newton télescope.
28:54 C'est un télescope qui est en orbite autour de la Terre,
28:56 et c'est l'un des meilleurs télescopes de l'ESA pour observer en rayons X,
28:59 et en apprendre beaucoup plus.
29:01 Il a des trous noirs, des étoiles à neutrons, et même des supernovas.
29:04 Alors lui, il a été envoyé en 1999, mais c'est encore un bijou de technologie,
29:08 et ici, les scientifiques récupèrent les données,
29:11 ils les traitent, ils planifient les observations et autres.
29:13 XMM-Newton, c'est un télescope spatial développé par l'agence spatiale européenne,
29:17 et qui se trouve dans l'espace en ce moment.
29:19 Il observe notre univers en rayons X,
29:21 et nous permet donc de repérer des sources de rayons X.
29:23 Et quand on en voit, il y a des chances que ces points repérés par le télescope soient un trou noir.
29:29 Ou plutôt, le disque d'agression d'un trou noir.
29:32 Le télescope est constitué d'une certaine manière,
29:34 de sorte à ne collecter que les photons énergétiques,
29:36 qui ne se réfèrent qu'aux rayons X.
29:38 Grâce à lui, on ne détecte que des zones d'agression très chaudes dans notre univers,
29:42 compris entre 1 et 100 millions de degrés Celsius.
29:45 Ainsi, avec les rayons X, nous voyons essentiellement le centre,
29:49 les régions les plus proches du trou noir.
29:51 On voit donc les disques d'agression,
29:53 mais aussi les zones où le gaz est extrêmement chaud.
29:56 Des endroits où les étoiles se forment,
29:58 ou au niveau des amas de galaxies.
30:00 Il existe aussi XRISM,
30:02 un autre télescope à rayons X,
30:04 mais qui n'a pas été développé par l'agence spatiale européenne.
30:06 Grâce à eux, on peut en apprendre plus sur les disques d'agression,
30:09 et ils nous donnent des informations sur les trous noirs.
30:11 L'un des paramètres les plus importants est la masse du trou noir.
30:14 Un autre paramètre important est le spin du trou noir,
30:17 c'est-à-dire la vitesse à laquelle il tourne.
30:20 Et par d'autres études complémentaires qui sont menées,
30:22 on arrive à faire une liste caractéristique d'un trou noir.
30:25 Mais malgré tout, il nous manque encore des réponses,
30:27 notamment concernant les trous noirs supermassifs.
30:29 On a besoin d'observer plus loin,
30:31 de manière encore plus précise.
30:33 Et ça, l'agence spatiale européenne en a bien conscience.
30:35 C'est pour cette raison qu'en collaboration avec l'agence spatiale japonaise,
30:38 ils développent un nouveau télescope spatial à rayons X,
30:41 encore plus intéressant que les précédents.
30:43 Il s'agit d'Athéna.
30:45 La mission Athéna est une grande mission de l'ESA.
30:49 Elle est similaire à l'XRISM,
30:51 mais beaucoup plus grosse.
30:53 Athéna sera un observatoire de l'univers
30:58 dans le domaine des rayons X
31:00 pour observer l'univers dans son état le plus chaud et le plus énergétique,
31:05 avec une sensibilité beaucoup plus grande que X et même Newton
31:10 et avec une plus grande capacité à séparer la lumière en ses différentes couleurs.
31:15 C'est un télescope très sensible qui possède de grands miroirs.
31:19 Donc ça signifie que vous pouvez regarder très loin dans l'univers,
31:22 ce qui signifie que vous regardez dans la temporalité du passé.
31:27 L'idée est qu'Athéna sera beaucoup plus sensible aux objets peu lumineux
31:33 et pourra donc détecter les trous noirs entourés d'un disque d'agression
31:40 beaucoup plus éloigné, datant de quand l'univers était encore très jeune.
31:46 La difficulté réside bien sûr dans le fait que la lumière est faible.
31:50 Dans les longueurs d'onde les plus décalées vers le rouge,
31:53 on pense que les masses des trous noirs ont été plus petites.
31:56 Si la masse des trous noirs est plus petite à une distance plus grande,
31:59 cela pourrait signifier que les trous noirs ont grandi depuis le début de l'histoire de l'univers.
32:04 L'objectif de ce nouveau télescope sera donc de répondre aux questions suivantes.
32:08 Que se passe-t-il à proximité d'un trou noir ?
32:10 Comment grandissent les trous noirs supermassifs ?
32:13 Comment se forment les structures à grande échelle ?
32:15 Donc ce qui constitue les amas de galaxies et plus encore.
32:18 Quel serait le lien entre la formation de ces deux entités ?
32:21 Pour ça, on aura besoin de voir plus loin encore dans l'univers.
32:24 Il faut être encore plus précis, et c'est exactement l'idée de ce nouveau télescope.
32:29 L'idée est de le lancer à la fin des années 2030,
32:34 et avec un peu de chance, il est possible qu'il fonctionne en même temps que X et même Newton,
32:42 afin de pouvoir comparer les deux missions et de mieux interpréter les données provenant d'Athéna
32:50 en les comparant à celles de X et même Newton.
32:53 Il existe un phénomène tout autant intéressant sur les trous noirs, ce sont les jets relativistes.
32:58 Certains trous noirs peuvent émettre des particules très énergétiques sous forme de jets de plasma.
33:02 Et on parle de relativistes puisqu'ils vont à presque la vitesse de la lumière,
33:06 donc près du milliard de kilomètres/heure.
33:08 Donc relativistes, c'est par rapport à leur vitesse extrêmement élevée.
33:11 Alors pour tout vous dire, on ne sait pas vraiment comment ces jets sont émis.
33:14 On pense que c'est un rapport avec le disque d'agression ou la rotation très rapide du trou noir.
33:18 Mais pour le coup, on ne connaît pas encore vraiment le mécanisme.
33:21 Et quand ils sont émis, on peut nous, depuis la Terre, les observer grâce à nos télescopes en rayon X.
33:26 Et c'est comme ça qu'on en apprend un peu plus sur les trous noirs.
33:28 Les trous noirs supermassifs peuvent effectivement émettre des jets relativistes.
33:32 Et aussi on les détecte grâce au rayon X, puisqu'ils produisent de la lumière à très haute énergie.
33:37 Les jets relativistes sont un phénomène dont nous ne savons pas grand-chose,
33:42 en particulier comment ils se déclenchent.
33:45 Nous savons seulement qu'ils existent.
33:48 On parle de quelque chose de relativiste en général, et non pas seulement pour les jets,
33:52 quand on parle à des vitesses proches de la vitesse de la lumière.
33:56 Un jet est donc un flux de particules, à la verticale du disque d'agression,
34:00 de particules se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.
34:04 Une partie de cette matière dans le disque, avant qu'elle franchisse cette limite de non-retour,
34:12 elle peut être éjectée dans une direction perpendiculaire à la direction du plan du disque,
34:22 pour main un jet de matière.
34:24 Ce flux de particules qui sort des régions centrales entourant le trou noir
34:28 est éjecté à des vitesses fulgurantes, atteignant presque le milliard de kilomètres/heure.
34:33 En perçant l'espace intergalactique sur des millions ou milliards d'années-lumière,
34:37 on peut parfois en observer depuis la Terre.
34:40 Comment est-ce qu'ils sont accélérés ? On ne sait pas.
34:45 Nous savons que la vitesse du jet semble prendre sa vitesse, son énergie,
34:49 de la rotation du disque d'agression.
34:53 Ça doit donc avoir un rapport avec le disque d'agression,
34:56 mais nous sommes perplexes, on ne sait pas encore.
34:59 Ces phénomènes sont spectaculaires à observer,
35:02 mais en réalité, on ne sait pas grand-chose de deux.
35:04 L'observation des trous noirs n'aura de cesse de nous impressionner.
35:08 L'une des questions qu'on pourrait se poser, c'est à quoi ça sert de faire tout ça ?
35:11 Pourquoi on s'obstine à vouloir comprendre les trous noirs,
35:13 alors qu'au premier abord, ils nous paraissent juste incompréhensibles ?
35:16 En vérité, les trous noirs sont un peu comme des laboratoires, mais grandeur nature.
35:20 Ils nous permettent de tester les théories et repousser les limites
35:23 de nos compréhensions actuelles de l'univers.
35:25 Et c'est d'ailleurs même de par leur existence qu'on a pu consolider la théorie de la relativité générale.
35:30 Et à ce jour, c'est cette théorie d'Einstein qui est la plus ancrée dans la physique.
35:33 C'est une théorie qu'on n'a jamais pu contredire jusqu'à aujourd'hui,
35:36 et si quelqu'un réussit un jour, il aura mérité le prix Nobel.
35:39 Puisqu'en fait, ce gars-là, il aura sûrement découvert une théorie
35:41 qui unifie toutes les forces fondamentales de l'univers
35:44 et qui permet d'expliquer tout.
35:46 Peut-être.
35:47 C'est d'ailleurs ce qu'on appelle la théorie du tout,
35:49 qui fera office d'un prochain documentaire, qui arrive juste dans deux semaines.
35:52 Donc si vous voulez pas le rater, n'hésitez pas à vous abonner.
35:54 Alors après, il existe d'autres types de trous noirs.
35:56 Il y a les trous noirs intermédiaires et les trous noirs primordiaux,
35:59 et ceux-là sont très intéressants à étudier.
36:02 Ce sont ces trous noirs-là, s'ils existent,
36:04 qui pourraient nous en apprendre énormément sur les débuts de notre univers.
36:07 Puisqu'en fait, ils seraient directement liés à la naissance de notre univers,
36:10 qui a eu lieu il y a plus de 13 milliards d'années.
36:13 On parlerait là donc des trous noirs les plus vieux de l'univers, s'ils existent encore.
36:16 Mais que sont véritablement ces trous noirs ?
36:18 Peut-être que d'ailleurs, les trous noirs primordiaux sont des trous noirs supermassifs,
36:21 puisqu'on observe effectivement un point commun.
36:23 Les trous noirs supermassifs, pour qu'ils soient aussi gros et aussi massifs,
36:26 ont nécessairement dû se former il y a très longtemps,
36:29 et peut-être même au début de notre univers.
36:31 Et si jamais c'est le cas, alors il est possible que les trous noirs primordiaux
36:35 soient en fait les trous noirs supermassifs qu'on connaît aujourd'hui.
36:38 Comme leur nom l'indique, les trous noirs primordiaux tirent leur origine
36:41 depuis l'univers primordial,
36:43 donc à son commencement, il y a près de 13 milliards d'années.
36:47 On pense qu'il aurait pu exister des trous noirs au tout début de l'univers,
36:50 et qui auraient influé sur la suite, sur la formation des galaxies dans l'univers.
36:54 Pour que ces trous noirs existent, on estime qu'ils auraient été la cause
36:57 de fluctuations quantiques dans les densités de matière,
37:00 c'est-à-dire de très légères variations de densité,
37:03 datant de quand l'univers était très petit,
37:05 et les zones de forte densité se seraient effondrées sur elles-mêmes,
37:09 donnant lieu à la formation de petits trous noirs, des trous noirs primordiaux.
37:13 Ces trous noirs auraient pu grossir avec le temps,
37:15 donnant les trous noirs que nous connaissons aujourd'hui.
37:18 Leur taille et leur masse au départ devaient sûrement être très petites,
37:21 donnant des trous noirs de l'ordre de la masse de Planck,
37:24 autrement dit, la plus petite masse possible.
37:26 Des trous noirs de près de 0,0000001 kg.
37:33 Et il en va de soi, ces trous noirs sont hautement hypothétiques.
37:37 Certaines théories peuvent les admettre,
37:39 mais ils n'ont aucunement été prouvés expérimentalement, ou observés.
37:42 Donc pour le moment, on ne sait pas.
37:44 Donc finalement, si on s'approchait d'un trou noir, qu'est-ce qu'on y verrait ?
37:47 Imaginons que notre fusée décolle depuis le Cap Canaveral en Floride.
37:51 Notre fusée décolle dans le ciel, jusqu'à ne plus être visible.
37:54 En accélérant un pourcentage élevé de la vitesse de la lumière,
37:57 et en décélérant une deuxième partie du voyage,
38:00 on arrive à proximité d'un trou noir en quelques années.
38:03 Pour la Terre, le voyage aura sûrement pu durer des milliers d'années.
38:07 A l'approche d'un trou noir, on ne ressent rien de particulier,
38:10 si ce n'est la chaleur qui peut s'y faire ressentir,
38:12 si jamais le trou noir comprend un disque d'agression.
38:15 Plus on s'approche, plus la chaleur monte,
38:17 et plus on se fait embarquer dans le disque d'agression.
38:20 Et on tourne de plus en plus vite, autour du trou noir.
38:23 À ce moment-là, nous serions évidemment morts depuis longtemps.
38:27 Le corps humain n'aurait pas pu résister à une telle chaleur,
38:29 et se serait immédiatement transformé en gaz,
38:32 comme le reste de la matière.
38:34 Mais faisons comme si nous pouvions y résister.
38:37 Imaginez que vous tombiez dans un trou noir.
38:40 Vous avez de l'énergie gravitationnelle,
38:43 et un moment angulaire, donc une rotation.
38:46 Il faut s'en débarrasser.
38:49 Ainsi, lorsque vous entrez dans le disque d'agression,
38:52 vous entrez dans toutes sortes d'autres particules,
38:55 de poussière, de gaz, etc.
38:58 Vous subissez la friction et la viscosité
39:01 à l'intérieur de ce disque d'agression, avant,
39:04 puis progressivement, vous entrez dans le trou noir.
39:08 À force, nous nous rapprochons de l'horizon des événements,
39:11 c'est-à-dire la frontière entre l'intérieur et l'extérieur d'un trou noir.
39:15 Sans même que nous nous en rendions compte,
39:17 le temps commence à ralentir pour nous.
39:19 Du moins, le temps s'écoule plus lentement.
39:21 L'aiguille de notre montre semblerait tourner normalement,
39:24 mais en réalité, elle met chaque fois plus de temps
39:26 pour passer à la seconde suivante.
39:28 Si par exemple, nous sommes ici,
39:30 et un astronaute va vers un trou noir,
39:33 il sera mort d'autres choses avant, bien évidemment,
39:35 mais imaginons qu'il ait survécu jusque là,
39:37 il va arriver proche de l'horizon des événements,
39:40 et de notre point de vue, on va le voir ralentir de plus en plus,
39:43 jusqu'au point où il va être immobile.
39:45 Et pourquoi ? Parce qu'en fait, comme je l'ai dit tout à l'heure,
39:47 la lumière, quand elle arrive proche de l'horizon des événements,
39:50 après, on ne la voit plus, passer cette étape-là,
39:52 parce que les photons ne peuvent plus nous parvenir,
39:54 puisqu'il faudra aller plus vite que la vitesse de la lumière.
39:56 Donc toute la lumière émise de l'astronaute,
39:58 c'est comme ça qu'on le voit,
39:59 ce qui reflète la lumière d'une autre étoile,
40:02 c'est comme ça qu'on voit toutes les choses autour de nous,
40:04 ne nous parviendrait plus.
40:05 Donc au bout d'un moment, il nous paraîtrait complètement immobile,
40:07 et même disparaîtrait.
40:09 Plus on s'approche, et plus le trou noir nous paraît s'éloigner.
40:12 En réalité, c'est un effet d'optique,
40:14 puisqu'on s'en approche bel et bien.
40:16 On finit même par y entrer.
40:18 Impossible alors pour nous de faire demi-tour,
40:20 et remonter à la surface.
40:22 Le trou noir nous a capturés,
40:23 et nous y sommes, emprisonnés.
40:25 Selon la masse du trou noir et de sa taille,
40:27 notre chute sera plus ou moins longue.
40:29 Si le trou noir dans lequel nous sommes allés
40:31 est un petit trou noir et faible en masse,
40:33 alors les effets de marée auraient déjà transformé
40:35 notre corps en une spaghetti.
40:37 Par contre, si le trou noir est plus gros,
40:39 alors il nous reste encore un peu de temps.
40:41 On continue donc de tomber, pendant plusieurs minutes.
40:44 Arrivé à un certain moment,
40:45 quand on se sera suffisamment rapproché du centre du trou noir,
40:48 arrivera notre moment fatigué.
40:50 L'espace-temps est fortement déformé.
40:52 Ce n'est pas seulement que le temps ralentit,
40:54 il est plus lent,
40:56 mais c'est aussi parce que l'espace change.
40:58 Nous serions donc déchirés en une longue,
41:00 très longue traînée.
41:02 Nous n'y survivrions pas.
41:04 Un matériau ne peut survivre à ces forces énormes
41:06 parce que la gravitation est tellement plus forte.
41:09 Il suffit d'avancer d'un centimètre
41:11 pour que la gravitation soit déjà beaucoup plus forte
41:13 que la partie supérieure.
41:15 Vous voyez ?
41:16 Ici, sur Terre,
41:18 nous ne remarquons pas que la gravitation
41:20 est un peu moins forte en haut qu'en bas.
41:22 Mais dans un trou noir,
41:23 quelques millimètres seulement
41:25 font déjà une énorme différence de gravitation.
41:27 Je ne pense donc pas que nous puissions développer
41:29 à l'avenir un matériau capable de résister
41:31 à ce type de force.
41:33 Évidemment, notre mort prochaine
41:35 dépendra du type de trou noir.
41:37 Pour les trous noirs stellaires,
41:38 les trous noirs qui sont plus petits,
41:40 notre mort arrivera plus rapidement.
41:42 Par contre, pour les trous noirs plus gros,
41:43 les trous noirs supermassifs,
41:44 notre mort arrivera plus tardivement
41:47 puisqu'on mettra un certain temps
41:48 à arriver au centre du trou noir.
41:50 Pour tenter de détecter des trous noirs,
41:52 je vous l'ai dit,
41:53 on tente de les observer en rayon X.
41:54 À partir de là,
41:55 s'ils ont un disque d'agression,
41:57 on pourra observer ce fameux halo de matière.
41:59 On verra donc cette lumière surpuissante
42:01 qui est émise du disque d'agression
42:03 qui tourne autour du trou noir.
42:04 Mais si jamais il n'y a pas de matière
42:05 qui tourne autour du trou noir,
42:07 comment on fait ?
42:08 Il y en a beaucoup qui sont comme endormis
42:10 parce qu'ils n'ont pas de matière
42:12 près d'eux à ce moment-là.
42:16 Donc ceux-là,
42:18 nous ne pouvons pas les voir
42:19 quand nous pointons nos télescopes vers eux.
42:21 Nous pouvons seulement remarquer
42:24 l'effet gravitationnel qu'ils ont
42:26 sur les étoiles voisines.
42:27 Puisqu'en fait, c'est possible
42:28 qu'un trou noir ne possède pas
42:29 de disque d'agression.
42:30 Si jamais il n'y a peu
42:31 voire pas du tout de matière,
42:32 comme du gaz ou des poussières,
42:34 qui se trouve à proximité du trou noir,
42:36 eh bien on n'observera pas
42:37 de disque d'agression.
42:39 On pense qu'il doit y avoir
42:40 pas mal de trous noirs
42:42 résultant de l'évolution
42:43 d'une étoile prémassive
42:46 que nous ne pouvons détecter.
42:48 Parce que si cette étoile était isolée,
42:51 elle n'a probablement pas assez
42:53 de matière autour d'elle
42:55 pour former un disque d'agression
42:57 qui émet des rayons X.
43:00 Alors ces trous noirs pourraient exister,
43:03 mais ne sont pas détectés
43:05 par les techniques
43:06 des détections habituelles.
43:08 Mais pour ça, pas d'inquiétude,
43:09 il y a d'autres méthodes.
43:10 On peut tenter de les détecter
43:12 en observant leur environnement.
43:13 Et c'est exactement ce qu'on a fait
43:15 avec le trou noir Sagittarius à étoiles
43:17 qui se trouve au centre même
43:18 de notre galaxie la Voie Lactée.
43:20 Notre propre galaxie
43:22 possède un trou noir central.
43:25 Nous le savons parce que
43:28 les étoiles très proches du centre galactique
43:31 tournent d'une manière
43:32 qui trahit la présence d'un trou noir.
43:37 Et on peut calculer
43:39 à partir des équations de Kepler
43:42 la masse de cet objet
43:44 qui est souvent de plusieurs millions
43:46 de masses solaires.
43:48 Même si nous ne le voyons pas,
43:50 ces étoiles tournent autour de rien,
43:52 de rien !
43:54 Nous ne pouvons déterminer cette masse de rien.
43:56 Alors l'une des méthodes consiste
43:58 à observer l'environnement d'un trou noir
44:00 et l'influence qu'il a sur les astres à proximité.
44:02 Si nous voyons un mouvement inhabituel
44:04 d'une étoile tournant autour de quelque chose
44:06 qui nous semble être invisible,
44:07 alors on peut supposer qu'il y ait un trou noir.
44:09 L'autre méthode de détection,
44:11 c'est grâce aux lentilles gravitationnelles.
44:13 Et là, c'est un peu plus complexe.
44:15 Vous le savez, en fait, dans l'espace,
44:17 les rayons lumineux se déplacent toujours tout droit.
44:19 Donc le GPS de la lumière,
44:21 il a qu'une seule directive,
44:22 c'est dire à la lumière d'aller tout droit.
44:24 Il n'y a pas de tourner à droite à 500 mètres
44:26 ou de prendre la deuxième sortie au prochain rond-point.
44:28 Non, la lumière, elle ne peut que aller tout droit.
44:30 Sauf que dans l'espace-temps, quand vous allez tout droit,
44:32 sur votre passage, vous rencontrerez des montagnes,
44:34 des collines ou même des vallées,
44:36 mais vous continuerez d'aller tout droit quand même.
44:38 Si vous marchez, par exemple, tout droit à la surface de la Terre,
44:40 et même si vous pouviez marcher sur l'eau, par exemple,
44:42 si vous faisiez un tour de la Terre,
44:44 et bien de votre point de vue, vous seriez allé toujours tout droit.
44:46 Mais d'un point de vue extérieur,
44:48 vous auriez fait juste un cercle.
44:50 Et bien c'est exactement pareil entre l'espace-temps et la lumière.
44:52 La lumière, elle va toujours tout droit,
44:54 sauf qu'elle va suivre ses courbures de l'espace-temps,
44:56 sans s'en rendre compte.
44:58 Et vous le savez donc, un trou noir courbe l'espace-temps.
45:00 Donc la lumière, quand elle va arriver à cette courbure,
45:02 elle va suivre la courbure et prendre le chemin le plus court.
45:04 Et donc les rayons lumineux vont être déviés,
45:06 et c'est ce qui va créer un mirage gravitationnel.
45:08 Il s'agit là d'un autre phénomène
45:10 qui a été prévu par la Relativité Générale d'Albert Einstein.
45:12 Il offre une méthode indirecte
45:14 pour identifier des trous noirs
45:16 ou autres objets de masse importante.
45:18 Les objets massifs comme les trous noirs donc,
45:20 dévient les rayons lumineux provenant d'une source plus lointaine.
45:22 Ça crée comme une distorsion de la lumière,
45:24 et l'objet massif va agir comme une lentille.
45:26 Ainsi, depuis la Terre,
45:28 on peut observer des phénomènes assez étranges.
45:30 Si une galaxie se trouve derrière un trou noir,
45:32 alors c'est assez logique de supposer
45:34 qu'on ne verra pas la galaxie
45:36 puisqu'elle est cachée par le trou noir.
45:38 Mais en réalité, vu que la galaxie est une source de lumière,
45:40 et que le trou noir dévie la lumière,
45:42 alors l'image qu'on aura de la galaxie
45:44 ne sera pas bloquée par le trou noir.
45:46 Seulement, on verra la galaxie
45:48 mais d'une forme différente.
45:50 Parfois elle sera dupliée, parfois coupée,
45:52 parfois étirée comme un filament, bref,
45:54 on verra cette galaxie,
45:56 mais on ne la verra pas avec sa vraie forme.
45:58 C'est grâce aux lentilles gravitationnelles
46:00 qu'on a pu observer des objets lointains.
46:02 On s'est donc servi d'objets massifs
46:04 et le phénomène de lentilles gravitationnelles
46:06 pour observer des galaxies ou des amas de galaxies lointaines.
46:08 Et même, on a récemment pu découvrir une autre méthode
46:10 pour détecter un phénomène très lié au trou noir,
46:12 mais je vous en parlerai juste après.
46:14 Pour le moment, concentrons-nous sur l'intérieur des trous noirs.
46:16 Depuis le début du documentaire,
46:18 on parle des trous noirs en général
46:20 sans parler du plus intéressant,
46:22 ce qu'ils cachent.
46:24 Qu'est-ce qu'il se passe au centre même d'un trou noir,
46:26 le point le plus au centre, qu'on appelle la singularité.
46:28 Par rapport à notre compréhension de l'univers,
46:30 ce point correspond au point le plus flou qu'on connaisse.
46:32 Le seul qui, si on le comprend,
46:34 nous permettrait d'expliquer un grand nombre de choses
46:36 dans notre univers,
46:38 et notamment sa naissance.
46:40 Le point au centre du trou noir correspond à l'endroit
46:42 où toute la matière du trou noir tombe.
46:44 Tout ce qui tombe dans un trou noir se dirige vers ce point-là.
46:46 On dit qu'il est de densité infime.
46:48 La relativité générale prévoit
46:50 qu'en fait, passé l'horizon des événements,
46:52 tout s'accumule en fait en un point,
46:54 en une singularité
46:56 qui serait théoriquement de densité infini
46:58 et de gravité infinie.
47:00 Et comme tu t'en doutes,
47:02 et sans surface, sans volume, un point, littéralement un point.
47:04 Et comme tu t'en doutes,
47:06 toutes les équations de la physique tombent un peu à l'eau
47:08 avec ce genre de grandeur.
47:10 Voilà, ça c'est théorique,
47:12 on sait vraiment pas ce qui se passe dedans.
47:14 C'est parce que les mathématiques de la relativité générale
47:16 ne permettent pas d'expliquer ce point
47:18 que toute notre compréhension de la physique
47:20 semble s'effondrer en ce point.
47:22 Et on a du mal à l'expliquer.
47:24 C'est l'endroit où l'infiniment grand plonge et converge
47:26 vers l'infiniment petit.
47:28 Là où la relativité générale, la théorie la plus magnifique
47:30 de la physique, rencontre le monde du très petit.
47:32 Le monde de la mécanique quantique.
47:34 Et expliquer ce point-là en mécanique quantique,
47:36 en tenant compte des théories de la relativité générale,
47:38 c'est pour le moment ce que tentent de trouver les physiciens.
47:40 La singularité est l'une des grandes questions de la physique.
47:42 C'est l'une des raisons pour lesquelles
47:44 on souhaite trouver une théorie qui explique ce point.
47:46 Une théorie qui pourrait même tout expliquer.
47:48 La théorie du tout.
47:50 Les trous noirs sont la source de tellement de mystères
47:52 qu'ils en deviennent un fantasme.
47:54 On veut savoir ce qu'ils cachent,
47:56 mais on n'y parvient pas.
47:58 Les trous noirs prouvent en réalité
48:00 la validité d'une fameuse théorie
48:02 qui est la relativité générale d'Einstein.
48:04 Mais ils confirment également le fait que cette théorie
48:06 est incomplète.
48:08 Il manque un bout.
48:10 Et ce bout, on ne le trouve pas.
48:12 Einstein a essayé, Hawking a essayé,
48:14 Wheaton a essayé.
48:16 Et pourtant, personne n'a réussi.
48:18 Un phénomène très intéressant,
48:20 et qui va sûrement révolutionner la physique
48:22 et notre compréhension de l'univers dans les prochaines années,
48:24 c'est bien les ondes gravitationnelles.
48:26 Et cela, on les détecte quand, par exemple,
48:28 deux trous noirs fusionnent.
48:30 Mais ça, on en parlera dans un prochain documentaire.
48:32 Je vais sûrement me rendre à Virgo,
48:34 qui est un site scientifique qui étudie
48:36 les ondes gravitationnelles. Et ça,
48:38 c'est vraiment incroyable.
48:40 Pour le moment, évidemment, ce documentaire est en préparation,
48:42 donc il n'y a rien de vraiment sûr.
48:44 Mais je vais tout faire pour qu'il arrive prochainement.
48:46 Maintenant, ce qu'on va vouloir chercher, c'est une équation
48:48 qui puisse décrire tout notre univers.
48:50 Imaginez en fait une théorie
48:52 qui décrive tout. C'est la fameuse
48:54 théorie du tout. Je vous en parle dans une prochaine
48:56 vidéo, et n'oubliez pas d'aller prendre vos places
48:58 pour l'avant-première du documentaire le plus important
49:00 de ma chaîne. J'ai fait ça pour vous, j'ai hâte de vous y rencontrer.
49:02 Et c'est ce samedi 16 mars à 20h.
49:04 Si vous en voulez plus, je vous encourage à aller voir
49:06 ma vidéo sur les théories des cordes. Un grand
49:08 merci à l'agence spatiale européenne de m'avoir permis
49:10 de réaliser ce documentaire. Et merci à la médiathèque
49:12 de Valenciennes de m'avoir permis de tourner
49:14 dans leur magnifique décor. Et je vous mets d'ailleurs leur site
49:16 en description. En plus d'être très jolie,
49:18 elle recèle d'une culture historique
49:20 hors du commun, donc n'hésitez pas à aller y faire
49:22 un tour. Merci à tous, c'était Zebroulos.
49:24 Bye.
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