Combien pèse un trou noir comparé au Soleil

Le Soleil a une masse de 1,989 × 10³⁰ kilogrammes. Ce chiffre est si grand qu’en astrophysique, utiliser des kilogrammes n’avait plus de sens, alors on a inventé une unité propre : la masse solaire (M☉). Quand on parle de trous noirs, cette unité devient indispensable, car leurs masses vont de quelques fois celle du Soleil à des milliards de fois plus. Comparons des chiffres réels, sans approximations.

Qu’est-ce qu’une masse solaire exactement

Une masse solaire équivaut à 1,989 × 10³⁰ kg, soit près de deux mille trillions de trillions de kilogrammes. C’est la référence standard en astrophysique, car comparer des objets géants en kilogrammes génère des nombres ingérables. Dire « ce trou noir a 10 masses solaires » est bien plus clair qu’écrire 1,989 × 10³¹ kg.

Le Soleil, avec toute sa masse, représente 99,86% de la masse totale du système solaire. Si vous voulez voir comment il se compare aux planètes qui l’entourent, vous pouvez consulter combien pèse la Terre par rapport aux autres planètes du système solaire, un bon point de référence avant de passer à des échelles encore plus grandes.

Masse d’un trou noir comparée au Soleil : les trois types

Tous les trous noirs n’ont pas la même masse. Ils se classent en trois grandes catégories selon leur masse :

• Trous noirs stellaires : entre 3 et 100 masses solaires, formés par l’effondrement d’étoiles massives.
• Trous noirs de masse intermédiaire : entre 100 et 100 000 masses solaires, une plage peu étudiée et difficile à détecter.
• Trous noirs supermassifs : de 100 000 à plusieurs milliards de masses solaires, situés au centre des galaxies.

La différence entre l’extrémité inférieure et supérieure est d’un facteur d’un milliard. Cet écart est plus grand que celui existant entre un grain de sable et une montagne.

Combien pèse un trou noir stellaire typique

Cygnus X-1, l’un des trous noirs les plus étudiés, a une masse estimée à 21,2 masses solaires. Cela équivaut à 4,22 × 10³¹ kg. Pour se former, l’étoile progénitrice devait avoir à l’origine plus de 20 masses solaires avant de s’effondrer, car une grande partie de sa masse se perd lors de l’explosion de supernova précédente.

La limite minimale théorique pour un trou noir stellaire est de 3 masses solaires (la limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff). Sous cette valeur, l’objet effondré est une étoile à neutrons, pas un trou noir.

Combien pèse un trou noir supermassif

Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, a une masse de 4,3 millions de masses solaires. En kilogrammes, cela fait 8,55 × 10³⁶ kg. Comparé à Cygnus X-1, il est plus de 200 000 fois plus massif.

Mais Sagittarius A* est modeste face à d’autres cas documentés. TON 618 a une masse estimée à 66 000 millions de masses solaires, ce qui en fait l’un des trous noirs les plus lourds connus. Multiplier ce chiffre par la masse du Soleil donne un résultat de 1,31 × 10⁴¹ kg, une quantité qui dépasse la masse combinée de milliers de galaxies entières si on les comparait uniquement par leurs étoiles.

Pour vous faire une idée de l’échelle de taille de la galaxie qui héberge ces géants, il convient de consulter quelle taille a la Voie lactée exprimée en années-lumière, car la masse et la taille galactique sont intimement liées.

Masse solaire vs trou noir : pourquoi la comparaison n’est pas linéaire

Une erreur courante consiste à penser que la taille physique d’un trou noir croît au même rythme que sa masse. Ce n’est pas tout à fait le cas, mais il existe bien une relation directe entre masse et rayon de Schwarzschild (la taille de l’horizon des événements) :

• Un trou noir de 1 masse solaire a un rayon de Schwarzschild de 2,95 km.
• Sagittarius A*, avec 4,3 millions de masses solaires, a un rayon d’environ 12,7 millions de km, soit environ 18 fois le rayon du Soleil.
• TON 618, avec 66 000 millions de masses solaires, aurait un rayon de Schwarzschild d’environ 1 300 unités astronomiques, plus grand que l’orbite de nombreux objets du système solaire.

Cela signifie que, contrairement à une étoile, un trou noir supermassif peut avoir une densité moyenne inférieure à celle de l’eau, malgré une masse colossale concentrée, simplement parce que son volume est également énorme.

Comment calcule-t-on la masse d’un trou noir

Les astrophysiciens ne pèsent pas directement un trou noir : ils observent son effet gravitationnel sur les objets proches. Les principales méthodes sont :

• Orbites d’étoiles proches : on mesure la vitesse orbitale d’une étoile ou d’un gaz autour du trou noir et on applique la troisième loi de Kepler.
• Disque d’accrétion : on analyse le rayonnement émis par la matière qui tombe vers le trou noir, ce qui révèle sa masse et son taux de croissance.
• Ondes gravitationnelles : lors de fusions de trous noirs, le motif du signal détecté par des observatoires comme LIGO permet de calculer les masses des deux objets avec une grande précision.

La première fusion de trous noirs détectée par ondes gravitationnelles, en 2015, impliquait des objets de 36 et 29 masses solaires qui ont fusionné en un seul de 62 masses solaires, libérant l’équivalent de 3 masses solaires en pure énergie gravitationnelle.

Passer des masses solaires aux kilogrammes et tonnes

Travailler avec des masses solaires est utile en astrophysique, mais il faut parfois exprimer ces chiffres dans des unités plus gérables pour des comparaisons ou des calculs concrets. Si vous souhaitez convertir la masse résultante en tonnes métriques pour vous faire une idée plus terrestre de l’ampleur, vous pouvez utiliser la calculatrice de kilogrammes en tonnes métriques de Glosaria : vous entrez le résultat en kilogrammes de votre calcul avec des masses solaires et vous obtenez instantanément son équivalent en tonnes, sans erreurs de conversion manuelle.

Par exemple, la masse de Cygnus X-1 (4,22 × 10³¹ kg) équivaut à 4,22 × 10²⁸ tonnes. Ce sont des chiffres qu’aucune calculatrice standard ne gère bien sans notation scientifique, donc un outil spécialisé évite les erreurs de conversion d’unités.

Quelles limites de masse existent pour les trous noirs

Il existe une limite inférieure claire (3 masses solaires), mais la limite supérieure est plus discutée. Les modèles actuels suggèrent que les trous noirs supermassifs ne peuvent pas croître indéfiniment car l’accrétion de matière s’autolimite : en atteignant une certaine masse, le rayonnement émis par le disque d’accrétion repousse le gaz environnant et freine la croissance.

La limite théorique supérieure estimée avoisine les 50 000 millions de masses solaires, bien que des objets comme TON 618 s’en approchent fortement, ce qui suscite un débat sur l’existence de mécanismes de croissance encore incompris, comme des fusions directes entre trous noirs déjà supermassifs.

Questions fréquentes

Quel est le trou noir le plus lourd connu ?

TON 618 est l’un des candidats les plus lourds connus, avec une masse estimée à 66 000 millions de masses solaires, soit 1,31 × 10⁴¹ kilogrammes. Il se trouve à environ 10 400 millions d’années-lumière de la Terre.

Combien de masses solaires a le trou noir de la Voie lactée ?

Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de notre galaxie, a une masse d’environ 4,3 millions de masses solaires, soit 8,55 × 10³⁶ kilogrammes.

Quelle est la masse minimale pour que quelque chose s’effondre en trou noir ?

La limite théorique minimale est de 3 masses solaires, connue sous le nom de limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff. Sous cette valeur, l’objet effondré résultant est une étoile à neutrons plutôt qu’un trou noir.

Pourquoi utilise-t-on la masse solaire au lieu de kilogrammes pour mesurer les trous noirs ?

Parce que les chiffres en kilogrammes sont si grands qu’ils deviennent peu maniables et difficiles à comparer mentalement. Utiliser la masse solaire comme unité de référence (1,989 × 10³⁰ kg) permet de comparer des objets astronomiques avec des nombres beaucoup plus petits et compréhensibles, comme dire « 10 masses solaires » au lieu de « 1,989 × 10³¹ kilogrammes ».

Un trou noir peut-il perdre de la masse avec le temps ?

Oui, par un processus appelé rayonnement de Hawking, bien qu’il soit extrêmement lent. Pour un trou noir de masse stellaire, le temps nécessaire pour s’évaporer complètement dépasse largement l’âge actuel de l’univers, donc en pratique sa masse ne fait qu’augmenter en absorbant la matière proche.