Comment les trous noirs attirent-ils la lumière ?

Comment les trous noirs peuvent-ils attirer la lumière alors que la lumière n’est pas un objet physique ? – Will, 8 ans, Victoria

Très bonne question, Will ! Je me suis aussi posé cette question lorsque j’ai commencé à étudier les merveilles de la physique.

Pour répondre à cette question, nous devons d’abord expliquer trois choses : 1) qu’est-ce que la lumière, 2) qu’est-ce que la gravité et 3) qu’est-ce qu’un trou noir ?

1) Qu’est-ce que la lumière ?

La lumière est simplement un type d’énergie qui se propage dans l’espace. Il existe de nombreux types de lumière que nous ne pouvons pas voir physiquement, mais que nous pouvons détecter et même utiliser. Par exemple, les rayons ultraviolets provenant du Soleil sont la raison pour laquelle nous devrions porter un écran solaire afin que la lumière ne blesse pas notre peau.

Il est important de se rappeler que même si la lumière n’a pas de masse, elle n’en reste pas moins un objet physique dans notre univers, obéissant aux lois de la physique.

Ce qui est intéressant, c’est que quel que soit le type de lumière, tout suit les mêmes lois de la physique dans l’univers. Une règle est que la lumière se déplace toujours en ligne droite dans l’espace.

C’est là que nous devons déchiffrer la gravité et de quoi est constitué l’espace.

2) Qu’est-ce que la gravité ?

La gravité est la force qui nous assure notre sécurité sur Terre. La gravité maintient également la Terre en rotation autour du Soleil (en orbite). Alors, qu’est-ce qui cause la gravité ?

De nombreux scientifiques à travers l’histoire ont réfléchi à cette question et ont élaboré diverses théories. Cependant, lorsqu’Albert Einstein a présenté sa théorie de la relativité générale en 1915, nous avons commencé à vraiment comprendre ce qu’est réellement la gravité et comment elle affecte notre univers.

Einstein a prouvé mathématiquement que nous existons dans quelque chose appelé « espace-temps ». Vous pouvez l’imaginer comme le tissu qui constitue notre univers. Comme le tissu, il peut se plier et s’étirer.

J’aime imaginer l’espace comme un trampoline. Lorsque vous placez quelque chose de lourd (comme une boule de bowling) au milieu du trampoline, le tissu en dessous se déformera et coulera.

Imaginez maintenant un trampoline de la taille de l’univers et nous y plaçons le Soleil. La pente sur le trampoline représente la gravité du Soleil. Nous pouvons également faire cela pour tous les objets qui ont une masse.

Lorsque l’espace est courbé par cette masse, les lignes normalement droites deviennent légèrement courbées. Vous pouvez le voir dans l’image ci-dessous. Ce phénomène est particulièrement extrême dans le cas d’objets très massifs que nous appelons trous noirs.

3) Qu’est-ce qu’un trou noir ?

À mon avis, les trous noirs sont l’une des choses les plus cool que nous ayons jamais découvertes dans l’univers. Les trous noirs sont des zones de l’espace si denses que rien ne peut s’en échapper.

Les trous noirs se forment généralement lorsque de très grosses étoiles deviennent trop lourdes et s’effondrent (explosent). Les astronomes soupçonnent que toute la masse à l’intérieur d’un trou noir est en réalité compressée en un seul point en son centre.

Les trous noirs ont la mauvaise réputation de manger « tout ce qui se trouve à proximité », mais ce n’est pas vrai. Les trous noirs ont une distance par rapport à leur centre, que nous appelons le point de non-retour. C’est ce qu’on appelle l’horizon des événements.

Cependant, au-delà de ce point, la lumière et la matière peuvent orbiter autour du trou noir pendant très longtemps.

Alors, comment les trous noirs attirent-ils la lumière ?

Une fois que nous avons souligné ces trois choses importantes, nous pouvons répondre à la grande question posée par Will : comment les trous noirs peuvent-ils attirer la lumière ?

Lorsque la lumière se rapproche d’un trou noir, elle essaie toujours de se déplacer en ligne droite. À mesure qu’elle se rapproche d’un trou noir où l’espace est courbé, la lumière suivra la courbe.

Lorsque vous êtes très proche avec un trou noir, la lumière est emprisonnée dans des cercles autour de lui. C’était parce que la structure spatiale était courbée à l’extrême. Comme vous vous en souvenez, la lumière est bien un objet physique et est influencée par l’espace.

Ce que je préfère peut-être, c’est que ce fait ne s’applique pas uniquement aux trous noirs.

Tout ce qui a une masse suffisante peut faire plier la lumière sur lui-même, même le Soleil. C’est ainsi que les scientifiques ont confirmé pour la première fois la théorie de la gravité d’Einstein très probablement vrai en 1919.

Quelque chose de très lourd, comme un ensemble de galaxies regroupées, peut plier l’espace de telle sorte qu’il agit comme une loupe et (montre une image agrandie) les étoiles derrière lui.

Rahma Sekar Andini de l’Université d’État de Malang a traduit cet article de l’anglais