Blanets : les planètes orbitant des trous noirs

Habituellement nous trouvons les planètes autour des étoiles, mais si je vous disais qu'il y en a également en orbite des trous noirs... Surprenant, mais pas moins réel ! Nous nous aventurerons aujourd'hui dans un environnement obscur et captivant pour y découvrir comment des planètes peuvent s'y former, et encore plus important comment elles peuvent y survivre... et potentiellement abriter de la vie ! Accrochez vous à l'astéroide le plus proche, car c'est parti pour cet article spécial sur les blanets : les mondes des trous noirs.

Les trous noirs sont des créatures bien difficiles à cerner. Leur existence est théorisée depuis près de 300 ans (bien avant Einstein) grâce au raisonnement suivant : 

Puisque la gravité attire et retient la matière, alors un objet extrêmement massif pourrait peut être même retenir la lumière. S'il s'agit d'une étoile extrêmement massive, alors la lumière qu'elle émet ne parviendrait même pas à s'échapper sa propre surface. Vu de l'extérieur, cela donnerait lieu à une sorte d'étoile noire.

Cette idée, bien que pas souvent prise au sérieux par la communauté scientifique de l'époque, était cependant récurente dans les théories de grands astronomes au fil des générations. Jusqu'au jour où tonton Albert Einstein formula sa théorie de la relativité générale. Dès lors, avec les recherches d'autres scientifiques, la théorie des trous noirs revint au grand jour, avec cette fois une solide base mathématique pour expliquer le fonctionnement physique de ces monstres cosmiques au-délà des conjectures.

Les trous noirs s'avèrent en réalité être des résidus d'étoiles, c'est à dire ce qu'il en reste à la fin de leur vie, lorsqu'elle se sont éffondrées sous leur propre "poids" (comme un veillard ne tenant plus sur sa canne, mais en plus épique). Pour que cela arrive, il faut que l'étoile de base soit particulièrement massive (genre vraiment beaucoup), et lorsqu'elle aura terminé son cycle de fusion nucléaire et que son équilibre hydrostatique se rompra, elle sera condammée à s'effondrer gravitionnement en elle même, augmentant énormement sa densité jusqu'à former une singularité gravitationnelle en son centre (un point où l'espace temps est comme "troué" si on veut). À ce moment, l'étoile morte devient invisible de l'extérieur grâce à un énorme "voile" l'entourant (comme Harry Potter avec sa cape d'invisibilité) duquel aucune lumière ne s'échappe : on l'appelle l'horizon des évènements (car au-delà de ça, l'espace comme le temps deviennent des notions bien différentes de ce que l'on connait sur Terre...).

Tellement terrifié par ce concept, Einstein lui-même à refusé l'idée que les trous noirs puissent exister, malgré le fait qu'ils étaient prédit mathématiquement par sa propre théorie. Mais la science est plus forte que les convictions, et l'existence des trous noirs fut confirmée plusieurs années après sa mort. Par la suite de grands esprits tels que celui de Stephen Hawking entreprirent de comprendre la nature complexe et mystérieuse de ces monstres cosmiques (qui sont aussi connus sous le nom de "Monstres d'Einstein"), ce qui permet de faire des percées importantes dans ce domaine. Enfin, en 2019, soit près d'un an après la mort d'Hawking, la première photographie d'un trou noir fut obtenue (celui au centre de la galaxie M87) !

Impossible vous me direz ? Comment peut-on obtenir la photo d'un objet censé être invisible ? Et bien grâce à ce qui se trouve autour de lui. Il est par exemple impossible de voir Harry Potter sous sa cape d'invisibilité, mais si vous jetez un pot de peinture sur sa cape, vous arrivez à voir sa présence même s'il reste caché en dessous. C'est à peu près la même chose pour les trous noirs : ils sont bien souvent entourés de matières qui sont fortement irradiantes à cause de l'intense force de gravité (force de marée) qui les chauffe et les rend ainsi visibles, c'est ce que l'on appelle un disque d'accrétion, et c'est ce que l'on voit en orange/rouge sur la fameuse photographie du trou noir.

La matière existe donc belle et bien autour des trous noirs, malgré le danger que cela représente d'en être si proche. Et si je vous disais que les trous noirs ne sont pas seulement entourés par des disques de matière chauffée, mais également par des planètes...

D'après les conclusions de la recherche scientifique actuelle, il est effectivement possible pour des planètes d'orbiter des trous noirs, mais à certaines conditions.

Tout d'abord, il faut que suffisamment de matière soit disponible pour qu'une planète se forme. Cette contrainte est satisfaite grâce à ces fameux disques d'accrétions entourant les grands trous noirs. Encore mieux : des tores de grains de poussière sont généralement présent autour des trous noirs supermassifs. En se coagulant, ces grains peuvent former de petits rochers, puis de grands corps rocheux, et enfin des planètes après plus de 70 millions d'années, un peu à l'image de la formation des systèmes planétaires. De tels planètes sont appelés des blanètes : il s'agit d'un mot valise entre "black hole" et "planète", qui permet ainsi de qualifier cette classe particulière d'exoplanète.

Les trous noirs de taille conventionnelle (c'est à dire ayant un rayon de quelques kilomètres) pourraient éventuellement avoir une blanète ou au minimum quelques petits corps rocheux orbitant autour. Mais dans ce cas des trous noirs supermassifs, les simulations suggèrent qu'ils pourrait en réalité y a voir des centaines voir des milliers de blanètes en orbite. C'est notamment le cas de Sagittarius A*, le trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie, la Voie Lactée (il faut savoir que chaque galaxie possède son propre trou noir supermassif en son centre, qui sert en quelque sorte de "point d'ancrage" ou d'axe de rotation autour duquel tournent  toutes les étoiles de la galaxie).

Ce qui s'avère être particulièrement intéressant, c'est que ces blanètes pourraient avoir une masse allant jusqu'à 10 fois la masse de la Terre !  Plus interessant encore, tandis que la distance typique entre une planète et son étoile est de plusieurs millions ou milliards de kilomètre (la Terre : 100 millions de km, Saturne : 1.5 milliards de km), les blanètes de Sagittarius A* orbitent quant à elles à des distance pouvant aller jusqu'à plusieurs années-lumières ! Autant dire tout de suite de ce type de système planétaire ne ressemble à aucun autre.

Concernant la nature des blanètes, les calculs actuels laissent penser que la majorité d'entre elles seraient des planètes telluriques, et qu'il y a très peu de chance qu'une planète gazeuse puisse en revanche se former. Cependant les planètes rocheuses pourraient acquérir une faible masse de gaz, et donc être recouvertes d'une petite atmosphère, comme Mars par exemple.

La notion de Zone Habitable devient particulièrement difficile à définir dans ce type de système planétaire, car aucune chaleur n'est émise par le trou noir (rien du tout n'est émis par lui d'ailleurs, c'est bien le concept). Quoique cela est improbable, il est tout de même possible que les forces de marée parviennent à initier un échauffement de certaines blanètes et permettent ainsi l'existence d'eau liquide à leur surface. L'habitabilité des blanètes est encore inconnu, mais il y a fort à parier que ces mondes nous surprendrons lorsqu'on commencera des études plus poussés de leur caractéristiques. Il faudrait bien sûre déjà réussir à observer une telle blanète, et cela est un défi extrêmement difficile mais passionant scientifiquement et techniquement parlant, que l'on abordera sûrement à l'avenir !

Pour conclure, je suis obligé de dire qu'Interstellar avait raison sur l'existence de planètes autour des trou noirs supermassifs, ce qui en fait une fois de plus de meilleur film de la Galaxie. Au-delà de la fiction, nous avons vu que les trous noirs sont l'équivalent d'étoiles mortes, mais que ce n'est pas forcément le cas de leur système planétaire, dont la divergence avec les systèmes solaires en fait des systèmes uniques qui nous apprendons surêment beaucoup de choses suprenantes lorsque l'on pourra les explorer !

À bientôt dans l'espace !

Références : 

• https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac80c2/pdf
• https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab4cf0/pdf
• https://arxiv.org/pdf/2007.15198.pdf

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