Cygnus X-1 : un trou noir ?

Depuis les années 60, les astronomes s’intéressent à une région précise de la constellation du Cygne. Des observatoires en orbite au-delà de l’atmosphère terrestre y ont en effet détecté une puissante source de rayons X, que l’on a baptisée Cygnus X-1.

Les astrophysiciens savent depuis longtemps que plus un objet est chaud, plus l’énergie émise l’est à de courtes longueurs d’ondes (de telles ondes électromagnétiques sont d’autant plus énergétiques). Mettez une barre de fer dans un fourneau surchauffé : elle devient rouge, puis jaune, puis blanche. En ce sens, les étoiles sont comme les barres de fer : les étoiles relativement froides (environ 3 000 Ka) sont rougeâtres, mais une étoile jaune, le Soleil par exemple, a en surface une température proche de 6 000 K. Toutefois, il faudrait porter les gaz stellaires à des millions de kelvins pour produire le rayonnement X qui émane de Cygnus X-1. Aucune étoile n’a une température externe aussi élevée.

À l’emplacement de Cygnus X-1, les astronomes ont trouvé une étoile dont la température externe est estimée à 30 000 K : une valeur très élevée, certes, mais largement insuffisante pour expliquer le rayonnement X. L’étoile, cataloguée sous le nom de HDE 226868, serait une trentaine de fois plus massive que le Soleil et distante de 6 000 années-lumière de la Terre. Cette supergéante a un compagnon, et tous les deux effectuent un tour complet l’un autour de l’autre en 5 jours et 14 heures environ. Seuls quelques millions de kilomètres les sépareraient. Certains croient le compagnon de HDE 226868 une dizaine de fois plus massif que le Soleil. Mais il a ceci de très étrange qu’il est invisible. Or il ne devrait pas l’être vu sa taille et sa proximité de la Terre. De l’avis des spécialistes, un objet aussi massif qui semble émettre des rayons X mais aucune lumière visible a bien des chances d’être un trou noir.

Voyage dans un trou noir

Imaginez que vous puissiez atteindre Cygnus X-1. S’il s’agit effectivement d’un trou noir, vous verriez très probablement quelque chose de semblable à l’illustration de la page 17. La grosse étoile, c’est HDE 226868. Son diamètre s’exprime en millions de kilomètres, mais celui du trou noir ne ferait peut-être qu’une soixantaine de kilomètres. Le minuscule point noir au centre du tourbillon de gaz incandescent est l’horizon, ou surface, du trou noir. Il ne s’agit pas d’une surface matérielle, mais d’une sorte d’ombre. C’est la limite de la région où la force gravitationnelle qu’exerce le trou noir est si forte que même la lumière ne peut s’évader. Nombre de cosmologistes pensent que dans l’horizon, au centre du trou noir, existe un point de volume zéro et d’une densité infinie, une “ singularité ”, dans lequel a disparu toute la matière du trou noir.

Le trou noir arrache progressivement les couches externes de gaz de sa compagne-étoile. En tournoyant de plus en plus vite autour du trou noir, les molécules de gaz s’échauffent par friction mutuelle et forment une sorte de galette incandescente. Soumis à une gravité intense, ce disque de gaz surchauffé atteint une vitesse fantastique et produit ainsi des rayons X juste à l’extérieur du trou noir. Bien entendu, une fois le gaz tombé dans le trou noir, plus aucun rayon X, ni quoi que ce soit d’autre d’ailleurs, ne peut s’échapper.

Cygnus X-1 offre un spectacle impressionnant, mais mieux vaut ne pas trop s’en approcher. Son rayonnement X est mortel, comme l’est sa gravité. Sur la Terre, la force gravitationnelle que subit la tête d’un humain debout est pour ainsi dire équivalente à celle que subissent ses pieds. La différence produit un étirement trop minime pour être ressenti. Or, dans Cygnus X-1, cette différence est multipliée par 150 milliards. Le corps d’un humain serait littéralement déchiré, comme si des mains invisibles lui tiraient les pieds dans un sens et la tête dans l’autre !

Cygnus X-1 tel que l’imaginent les scientifiques.

On détecte les trous noirs par leurs effets sur les autres corps. Sur cette illustration, les gaz d’une étoile sont attirés dans un trou noir.

Vue d’artiste d’un trou noir (rectangle rouge) et zoom (ci-dessous).

Cygnus X-1 (3) est situé dans le cou du cygne.