Historique des trous noirs - Définition
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Introduction
Cet article traite de la partie historique relative à la découverte et la compréhension des trous noirs.
XVIIIe siècle : la notion de trou noir
L'histoire des trous noirs est directement liée à la question de savoir si la lumière a une masse ou pas, ou, en d'autres termes, si la lumière peut être influencée par la gravité comme une particule de matière ou pas. Au XVIIe siècle, la nature de la lumière est controversée. Selon Newton, elle est de nature corpusculaire, alors que pour Huygens, elle est de nature ondulatoire, dépourvue de masse. La finitude de la vitesse de la lumière étant connue, ainsi que la notion de vitesse de libération (vitesse limite à partir de laquelle un objet se libère de la gravité d'un corps), on est conduit, dans le cas d'une lumière corpusculaire éventuellement dotée d'une masse à concevoir un corps si massif que la vitesse de libération serait supérieure à la vitesse de la lumière. Dans ce contexte, les trous noirs peuvent être considérés comme un exemple typique de paradoxe où conduit une théorie poussée à sa limite.
En effet, en 1783, le révérend John Michell géologue et astronome amateur anglais expose dans un article envoyé à la Royal Society le concept d'un corps si massif que même la lumière ne pourrait s'en échapper. Il écrit alors dans son article : « Si le demi-diamètre d'une sphère de la même densité que le Soleil et qui excéderait celui du soleil d'une proportion de 500 à 1, un corps tombant depuis une hauteur infinie vers elle aurait acquis à sa surface une vitesse plus grande que celle de la lumière. En conséquence, supposant que la lumière est attirée par la même force en proportion de sa « vis inertiae » (masse d'inertie), comme les autres corps, toute lumière émise depuis ce corps reviendrait sur elle-même par sa propre gravité. »
Il expliquait que bien que ces corps soient invisibles, ils devaient provoquer des effets gravitationnels décelables : « S’il arrivait que quelque autre corps lumineux tourne autour d’eux, des mouvements de ces corps tournants, nous pourrions peut-être encore déduire l’existence du corps central avec quelque degré de probabilité; cela pourrait aussi bien nous apporter une indication concernant quelques unes des irrégularités des corps tournants, qui ne serait pas aisément explicable par aucune autre hypothèse. » La thèse de Michell restait très abstraite et ne reçut aucun écho.
Il faudra attendre 1796 pour que le marquis Pierre-Simon Laplace, mathématicien, philosophe et astronome passionné par la mécanique céleste et la gravitation redécouvre cette idée. Il écrivait dans son livre Exposition du Système du Monde : « Un astre lumineux, de la même densité que la Terre, et dont le diamètre serait 250 fois plus grand que le Soleil, ne permettrait, en vertu de son attraction, à aucun de ses rayons de parvenir jusqu'à nous. Il est dès lors possible que les plus grands corps lumineux de l'univers puissent, par cette cause, être invisibles. » Il présentera sa thèse devant l'auditoire de l'Académie des sciences, mais les physiciens resteront sceptiques sur les chances d'existence d'un tel objet. Ainsi naquit le concept du trou noir mais la démonstration mathématique de Laplace semblait fantaisiste aux yeux des astronomes. En outre, les expériences de Young et de Fresnel conduisirent les physiciens à rejeter la nature corpusculaire de la lumière dans la première moitié du XIXe. Laplace cessera d'ailleurs de faire figurer cette notion de trou noir à partir de la troisième édition de son livre Exposition du système du Monde.
Le trou noir retombera donc dans l'obscurité durant plus d'un siècle. Il réapparut au XXe siècle, lorsque Albert Einstein publia la théorie de la relativité générale.
