Et si le Soleil devenait un trou noir ?

Le Soleil comprimé en un trou noir de 6 km de large : les planètes gardent leurs orbites, mais la lumière et la chaleur disparaissent

Une hypothèse : la physique la permet sur le papier, mais personne n'en a jamais vu. Tout suit la théorie telle qu'elle est.

Voir en 3D

Étape par étape

La même attraction

Newton a montré en 1687 qu'à l'extérieur d'un corps rond, son attraction est la même que si toute sa masse était au centre : le théorème des coquilles. La gravité d'Einstein est d'accord, par le théorème de Birkhoff de 1923 : hors d'une masse ronde, l'espace a la même forme quoi que fasse la masse à l'intérieur. Un trou noir d'un Soleil attirerait donc la Terre exactement comme le Soleil aujourd'hui.

Deux choses seulement changeraient : plus de lumière du Soleil, et plus de sa chaleur. La suite de cette histoire, c'est ce que cela signifierait, calculé avec des valeurs mesurées. Rien de tel n'est jamais arrivé, et cela ne peut pas arriver à notre Soleil.

Comment y parvenir

La nature ne peut pas faire cela au Soleil. Les trous noirs naissent quand une étoile de plus d'environ 20 Soleils épuise son combustible et que son cœur s'effondre sur lui-même. Ce qui reste doit peser plus d'environ 2,3 Soleils, sinon il s'arrête en étoile à neutrons : la plus lourde connue, PSR J0952−0607, fait 2,35 Soleils (Romani et coll., 2022).

C'est donc une expérience de pensée : le Soleil est simplement remplacé par un trou noir de même masse. Le comprimer pour de vrai libérerait des centaines de fois plus d'énergie que le Soleil n'en émet dans toute sa vie ; on l'ignore ici. L'image montre le rétrécissement sur une échelle glissante.

Huit minutes de soleil

La Terre sentirait-elle plus tôt un changement d'attraction ? Les changements de gravité voyagent eux aussi à la vitesse de la lumière : en 2017, les ondes gravitationnelles de la collision d'étoiles à neutrons GW170817 sont arrivées moins de deux secondes après sa lumière, après 130 millions d'années de voyage. Mais ici, il n'y a aucun changement à transmettre : le trou attire exactement comme le Soleil.

La Lune et les planètes ne brillent que par la lumière du Soleil : elles s'éteindraient aussi, chacune quand sa dernière lumière réfléchie nous parviendrait. La Lune moins de trois secondes après le Soleil, Jupiter plus d'une heure après, et Neptune environ 8 heures après.

Un ciel noir

Sans lumière du Soleil à diffuser, l'air ne brille plus en bleu : le ciel est aussi noir le jour que la nuit. La Lune disparaîtrait, visible seulement là où elle cache des étoiles. Le trou est bien trop petit pour apparaître sur l'image, alors sa place est marquée.

Le froid

La vitesse à laquelle elle y arrive est calculée avec un modèle simple : de la roche qui remonte la chaleur du dessous, et de l'air au-dessus qui la laisse filer vers l'espace. L'effet de serre faiblit quand le froid fait geler la vapeur d'eau, puis le dioxyde de carbone, hors de l'air. Les vents qui apportent la chaleur de la mer, et qui freineraient d'abord le refroidissement des terres, sont laissés de côté.

La mer gèle

La mer ne gèlerait donc pas entièrement en un an ni en un siècle : sous un couvercle de glace, l'eau liquide durerait des dizaines de milliers d'années. Les températures et l'épaisseur de la glace sont celles de ce modèle, et un modèle plus complet pourrait donner des valeurs un peu différentes.

La vie dans le noir

La vie de surface, qui dépend de la nourriture que les plantes fabriquent avec la lumière du Soleil, s'éteindrait en quelques mois. Mais une partie de la vie n'a jamais eu besoin du Soleil : elle se nourrit de substances chimiques de la roche, au fond des mers et dans les profondeurs du sous-sol.

En 1977, le sous-marin Alvin a découvert des sources chaudes au fond du Pacifique près des îles Galápagos, peuplées de vers tubicoles géants, de palourdes et de crabes. Ils vivent de microbes qui tirent leur énergie du sulfure d'hydrogène de l'eau qui monte de la roche, pas de la lumière.

Beaucoup de ces microbes, et les animaux, respirent pourtant de l'oxygène produit par les plantes à la lumière du Soleil et dissous dans la mer. Sans Soleil, il ne s'en ferait plus, et les plus gros animaux des sources disparaîtraient à mesure qu'il s'épuiserait. Les microbes qui n'ont pas besoin d'oxygène continueraient.

Plus profond encore, en 2008, une bactérie, Desulforudis audaxviator, a été trouvée vivant seule à 2,8 km sous terre dans une mine d'or sud-africaine, nourrie par de l'eau décomposée par la radioactivité de la roche (Chivian et coll.). Une telle vie pourrait continuer dans le noir pendant des millions d'années.

De près

Les trous noirs photographiés par l'Event Horizon Telescope, M87* en 2019 et Sagittaire A* en 2022, montrent un anneau de lumière parce que du gaz y tombe et s'échauffe. Autour du trou du Soleil, l'espace serait presque vide : il ne luirait pas, et ne se verrait qu'à la façon dont il courbe le ciel.

La déviation de la lumière des étoiles sur l'image suit la relativité générale, rayon par rayon. Les étoiles elles-mêmes sont dessinées, et le ciel est rendu plus lumineux qu'il ne paraîtrait, comme pour des yeux habitués depuis longtemps au noir.

Étiré

Plus près, il étirerait un corps en un long fil mince, ce que les astronomes appellent la spaghettification, bien avant l'horizon. Là où se trouvait la surface du Soleil, à 696 000 km, l'étirement est inférieur à un millionième de la gravité terrestre : la marée dépend de la distance, pas de la petitesse du trou.

Les gros trous sont plus doux à leur bord. À l'horizon de Sagittaire A*, quatre millions de fois plus lourd, l'étirement sur une personne est bien inférieur à la gravité terrestre, et on pourrait le franchir sans rien sentir. Les anneaux de l'image marquent où l'étirement vaut une et dix fois la gravité terrestre.

Ce qui arrivera vraiment

Une étoile ne devient un trou noir que si elle naît avec plus d'environ 20 fois la masse du Soleil. Le Soleil, lui, épuisera l'hydrogène de son cœur, gonflera jusqu'à quelque 200 fois sa largeur et rejettera ses couches externes. Son cœur chaud restera sous forme de naine blanche, à peu près grande comme la Terre, qui refroidira lentement pendant des milliers de milliards d'années.

La Terre continuera de tourner autour d'elle, si la géante rouge ne l'avale pas d'abord, et le ciel nocturne portera une petite étoile blanche pâlissante au lieu d'un Soleil. La simulation La mort du Soleil, dans Phénomènes, montre comment il finira vraiment.

Le trou noir connu le plus proche, Gaia BH1, est à 1 560 années-lumière (El-Badry et coll., 2023). Il est dix fois plus lourd que le Soleil, et une étoile semblable au Soleil tourne autour, comme la Terre tournerait autour d'un Soleil devenu trou noir.