Où se situe exactement la frontière
L'horizon est la distance au centre où la vitesse de libération atteint celle de la lumière. En deçà, rien ne peut ressortir - non parce qu'un signal est retenu : toutes les trajectoires y mènent vers l'intérieur. Il n'y a pas de matière à la frontière même, c'est la pure géométrie du vide.
Le rayon de l'horizon est déterminé par la masse et augmente proportionnellement à celle-ci. Comprime la Terre en trou noir, et sa frontière formerait une sphère de la taille d'une cerise. Pour le Soleil, ce serait une sphère d'environ 3 km de rayon. Quant à Sagittarius A*, au centre de notre Galaxie, avec environ 4 millions de masses solaires, son horizon se trouve à 12 millions de km.
Cette ligne n'a aucun signe local : les instruments d'un vaisseau en chute n'indiqueraient rien. Et impossible de calculer la position de l'horizon à partir d'un seul voisinage - elle dépend de tout le futur du trou noir. Si un nuage de gaz y tombe dans un an, l'horizon commencera à s'étendre à l'avance.
Pourquoi tu ne sentiras pas le franchissement
Ce n'est pas la frontière elle-même qui est dangereuse, mais la différence de gravité : tes pieds sont attirés plus fortement que ta tête, et ton corps s'étire. À l'horizon, cette différence est d'autant plus faible que le trou noir est massif. Près d'un trou noir de masse stellaire, une personne serait déchirée des centaines de kilomètres avant l'horizon. Près d'un trou noir supermassif, l'étirement à la frontière est si faible que tu ne le sentirais pas - la déchirure arriverait plus tard, bien à l'intérieur.
À quel point le franchissement est perceptible pour quelqu'un qui tombe dans un trou noir supermassif.
Et pourtant, tout a changé. Au-delà de l'horizon, « dehors » cesse d'être une direction dans l'espace et devient une direction dans le temps : s'éloigner du centre y est aussi impossible qu'ici, retourner vers hier. Un signal envoyé en arrière s'enfonce quand même davantage.
Ce qu'on voit de l'extérieur
De l'extérieur, le tableau est inverse. Plus un objet approche de l'horizon, plus son horloge ralentit pour un observateur lointain et plus sa lumière rougit. Formellement, son image ne franchit jamais la frontière : elle reste figée à l'infini, tout au bord.
Mais « à l'infini » signifie ici « invisible ». La luminosité diminue de façon exponentielle et très vite : pour un trou noir de masse stellaire, l'image s'éteint en quelques millisecondes, pour un trou noir supermassif, en quelques minutes. Personne n'observe de coque lumineuse faite de matière bloquée à l'horizon.
Luminosité d'un objet en chute pour un observateur extérieur : chaque étape est 3 fois moins lumineuse.
L'anneau orange sur les images de trous noirs n'est pas non plus l'horizon. La tache sombre au centre a un rayon environ 2,6 fois plus grand : la lumière qui passe à proximité tourne autour du trou noir, et le bord de l'ombre est déterminé par cette optique. Tout cela est prédit par la relativité générale ; les physiciens débattent encore de ce qui se passe à l'horizon en tenant compte des effets quantiques.
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Sources
- Taille des horizons - solution de Schwarzschild (1916). Images de l'ombre - Event Horizon Telescope : M87* (2019), Sagittarius A* (2022)