Bien que la gravité soit la plus faible des quatre forces de base connues avec lesquelles les particules de matière interagissent, elle détermine l'univers tout entier dans sa structure à grande échelle. Si la densité d'un corps d'une masse donnée dépasse une certaine limite, la gravité prend le dessus et le corps se rétrécit au-delà de toute mesure pour atteindre un point mathématique.
Au cours de l'été 2012, il était presque certain que la particule de Higgs avait finalement été découverte à l'accélérateur de particules LHC du CERN près de Genève après des années de recherches épuisantes. Il donne aux particules élémentaires leur masse.
Et la masse prévaut à de grandes distances sur une force faible et forte, qui n'est efficace qu'aux longueurs atomiques, mais aussi sur une force électromagnétique beaucoup plus forte avec sa portée illimitée, parce que toute matière est déjà moyennée sur de petites distances spatiales, électriquement neutre et donc dépourvue de force électromagnétique.
Les étoiles sont de grandes accumulations de matière avec une masse élevée. Ils ne s'effondrent pas immédiatement sous l'influence de leur propre gravité, car la pression électromagnétique à l'intérieur d'eux l'empêche. Cette pression s'accumule lors de la fusion des atomes. L'énergie est libérée sous forme de photons, vecteurs de la force électromagnétique.
Toutefois, cet équilibre entre la gravité et la pression de rayonnement prend fin lorsque le combustible de l'étoile s'épuise. Puis la gravité prend le dessus et l'étoile commence à s'effondrer. Si sa masse est supérieure à environ huit masses solaires, elle ne s'arrête pas. Elle se rétrécit et se rétrécit jusqu'à ce que même la dernière barrière, l'interdiction de Pauli sur la mécanique quantique, devienne inefficace. Par conséquent, la densité de l'étoile brûlée qui s'effondre s'élève au-dessus de toute mesure.
Vitesse d'évasion
Une vitesse de 11,2 kilomètres par seconde est nécessaire pour quitter le champ gravitationnel de la Terre. Pour les étoiles à neutrons, les restes compacts des étoiles dont la masse initiale est inférieure à huit masses solaires sont déjà de l'ordre de 100 000 kilomètres par seconde, soit un tiers de la vitesse de la lumière.
Au-dessus de la limite de huit masses solaires, les soleils brûlés s'effondrent de plus en plus et tombent en dessous d'une certaine limite, le rayon dit de Schwarzschild.
Le rayon auquel la vitesse de fuite est égale à la vitesse de la lumière reste constant, même si la masse qui s'effondre s'approche toujours de son centre. Cette surface sphérique autour de l'étoile qui s'effondre est appelée l'horizon de l'événement, son rayon est appelé le rayon de Schwarzschild. Elle constitue une frontière immatérielle entre deux régions de l'espace. Si la matière se déplace au-delà de la limite dans la région intérieure, elle est perdue à jamais dans la région extérieure. Aucune information d'aucune sorte ne peut atteindre la zone extérieure de l'espace depuis l'intérieur.
La théorie générale de la relativité d'Einstein nous enseigne que les masses plient l'espace et allongent le temps. Dans cette description de la réalité, la masse, l'espace et le temps ne peuvent plus être considérés comme indépendants les uns des autres. Ils forment plutôt une unité : ce qu'on appelle l'espace-temps. Comme aucune force connue ne pouvait ralentir l'effondrement au-delà de l'horizon des événements, la matière qui s'effondre s'effondre à un point mathématique. Au grand regret des astrophysiciens, car il n'y a pas de description physique de cette situation extrême : il y a une densité infiniment élevée au centre.
Les observateurs de l'espace extra-atmosphérique, c'est-à-dire de l'univers normal, découvrent que l'effondrement se produit de plus en plus lentement à mesure qu'il s'approche de l'horizon des événements et s'arrête finalement. C'est une conséquence de l'allongement relativiste du temps. Pour nous, cet effondrement à un moment donné passe donc inaperçu.
Ne pourrions-nous pas envoyer une sonde spatiale dans un trou noir pour l'observer ? Ou, comme on le prétend parfois, serait-elle attirée et avalée comme un aspirateur ? Tant que la sonde ne dépasse pas l'horizon des événements, elle peut facilement rester en orbite autour du trou noir. Il n'y a pas d'effet d'aspiration ! Est-il possible, au moins, de voler jusqu'ici ? C'est également possible, mais sans billet aller-retour. Surtout les trous noirs extrêmement massifs dans les centres de la galaxie sont absolument inoffensifs à cet égard. Le trou noir au milieu de notre système de la Voie lactée a une masse d'environ quatre millions de masses solaires. Son rayon du Black Shield est donc d'environ 8% de la distance entre la Terre et le Soleil, soit environ douze millions de kilomètres. La sonde qui pénètre l'horizon des événements ne mesurerait rien d'inhabituel.