Trou noir

Un trou noir ou un trou noir est un r√©gion de l’espace-temps o√Ļ le champ gravitationnel est si grand qu’il emp√™che la lumi√®re de s’√©chapper √† l’infini. De mani√®re simplifi√©e, un trou noir est ce qui se passe lorsqu’une √©toile est si grande que sa force de gravit√© provoque la concentration de l’√©toile enti√®re dans un corps beaucoup plus petit.

Le concept actuel d’un objet d’une telle ampleur que la lumi√®re ne peut pas s’√©chapper a √©t√© sugg√©r√© pour la premi√®re fois en 1783 par le g√©ologue John Michell. Le terme trou noir il a √©t√© invent√© par le physicien th√©oricien John Wheeler en 1967; Avant cela, les trous noirs √©taient connus sous le nom d’√©toiles froides ou gel√©es.

Caractéristiques des trous noirs

  • Grande force d’attraction gravitationnelle – si forte que la lumi√®re ne peut pas s’√©chapper.
  • Ils ont une masse d’au moins des milliers de soleils.
  • Ils n’ont pas de surfaces rigides.
  • Ils √©mettent une forme de rayonnement connue sous le nom de rayonnement Hawking.
  • Ils n’ont pas d’attributs externes √† l’exception de la masse, du moment cin√©tique et de la charge.
  • Il contient une singularit√© √† l’int√©rieur.
  • Ils sont potentiellement au centre de chaque galaxie

Radio Schwarzschild

L’astronome allemand Karl Schwarzschild a calcul√© ce qui est maintenant connu sous le nom de Rayon de Schwarzschild ou l’√©v√©nement ou l’horizon des √©v√©nements. Ce rayon d√©finit une sph√®re entourant un corps d’une masse particuli√®re, connue sous le nom de singularit√©, dont ses propri√©t√©s ne sont pas connues.

Comment se forme un trou noir?

trois trous noirs

Image aux rayons X et au t√©lescope Hubble d’un syst√®me de trois trous noirs supermassifs observ√©s le 25 septembre 2019.

L’origine d’un trou noir ne peut √™tre √©tablie que th√©oriquement. L’effondrement gravitationnel d’une √©toile massive pour former un trou noir a √©t√© d√©crit pour la premi√®re fois en 1939 par J. Robert Oppenheimer et Hartland Snyder.

Un trou noir se forme lorsqu’un corps d’une certaine masse (une √©toile) se contracte √† une taille inf√©rieure au rayon gravitationnel. Cette contraction est due √† la grande force de gravit√© qui attire les objets vers le centre de masse du corps.

Par exemple, si le Soleil rétrécissait à moins de 3 km, il se transformerait en un trou noir avec une force gravitationnelle de 1,5 x 1012 fois la gravité de la Terre.

La plupart des trous noirs sont formés à partir des restes de grandes étoiles qui explosent en supernovae. Ils pourraient également être formés par la collision entre deux étoiles ou un trou noir avec une étoile à neutrons.

Le 25 septembre 2019, l’existence de trois trous noirs supermassifs sur le point d’entrer en collision a √©t√© d√©tect√©e pour la premi√®re fois, pr√©sumant la formation d’un nouveau trou noir supermassif.

Types de trous noirs

Les astrophysiciens modernes consid√®rent l’existence de trois types de trous noirs dans l’Univers:

  • trous noirs stellaires, c’est-√†-dire des trous noirs qui sont n√©s lorsque des √©toiles massives sont mortes;
  • trous noirs supermassifs: ceux situ√©s au centre des galaxies qui ont des masses sup√©rieures √† 10 milliards de soleils;
  • trous noirs primordiaux: ils se sont form√©s au d√©but de l’expansion de l’Univers par manque d’homog√©n√©it√©.

Parties d’un trou noir

Horizon des événements

L’horizon des √©v√©nements ou rayon de Schwarzschild est la sph√®re entourant la singularit√© du trou noir d’o√Ļ rien n’√©chappe. Autrement dit, c’est la zone sombre du trou noir.

L’√©v√©nement ou l’horizon des √©v√©nements divise deux zones qui ne peuvent pas communiquer entre elles, c’est-√†-dire que c’est le point o√Ļ la vitesse d’√©chappement est la m√™me que la vitesse de la lumi√®re. Il agit comme une membrane √† sens unique, dans laquelle les particules et les radiations peuvent entrer mais ne peuvent pas revenir.

Ergosphère

C’est la r√©gion autour d’un trou noir en rotation. Dans cette r√©gion, le m√™me espace-temps se glisse dans le sens de rotation √† une vitesse sup√©rieure √† la vitesse locale de la lumi√®re par rapport au reste de l’univers.

ISCO

L’ISCO (pour son acronyme en anglais Innermost Stable Circular Orbit) ou en orbite marginalement stable est le plus petit cercle de rayon √† l’ext√©rieur duquel des particules libres peuvent orbiter de mani√®re stable autour d’un trou noir.

Disque d’accr√©tion

Le disque d’accr√©tion est le groupe de cercles d’√©l√©ments gazeux qui tournent en orbite autour du trou noir, formant un disque qui l’entoure. La CITP est la r√©gion de la derni√®re orbite circulaire stable.

La principale source de luminosit√© du disque d’accr√©tion est l’√©nergie gravitationnelle lib√©r√©e lorsque les gaz du disque descendent en spirale vers l’horizon des √©v√©nements.

Jets ou jets

Les jets ou jets sont des courants de mati√®re longs, rapides et √©troits qui √©mergent de r√©gions tr√®s compactes autour du trou noir, g√©n√©ralement dans des directions oppos√©es, vraisemblablement normales au plan du disque d’accr√©tion.

Premi√®re image d’un trou noir

trou noir trou trou noir

Image de l’ombre du trou noir de la galaxie M87 (Event Horizon Telescope / National Science Foundation)

La premi√®re image d’un trou noir a √©t√© publi√©e le 10 avril 2019 par le groupe multinational t√©lescope Event Horizon EHT (pour son acronyme en anglais Event Horizon Telescope). √Ä l’aide de huit radiot√©lescopes r√©partis en diff√©rents points de la Terre, ils ont r√©ussi √† former un t√©lescope virtuel de la taille de la Terre. Les observatoires qui ont particip√© √† cette √©tape √©taient:

  • Observatoire exp√©rimental d’Atacama Pathfinder (APEX): altitude 5 100 m, colline de Chajnantor, Chili.
  • Observatoire Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA): altitude 5000 m, Cerro Chajnantor, Chili.
  • T√©lescope IRAM de 30 m√®tres: 2850 m d’altitude, Pico Veleta, Espagne.
  • T√©lescope “James Clerk Maxwell”: altitude 4 100 m, Maunakea, Hawaii, USA
  • T√©lescope “Alfonso Serrano”: altitude 4 600 m, Sierra Negra, Mexique.
  • Observatoire submillim√©trique (SMA): altitude 4100 m, Maunakea, Hawaii, USA
  • Observatoire du t√©lescope submillim√©trique (SMT): Altitude 3 100 m, Mount Graham, Arizona, USA.
  • T√©lescope du p√īle sud de l’Observatoire (SPT): altitude 2 800 m, station du p√īle sud, Antartique.

Le projet EHT vise √† observer l’environnement imm√©diat des trous noirs. En ce sens, ils ont choisi deux trous noirs:

  • au centre de la galaxie Messier M87, une galaxie elliptique g√©ante situ√©e dans la constellation de la Vierge.
  • Dans la Voie Lact√©e, le trou noir Sagittaire A * (prononc√© √©toile sagittaire A).

Combien de trous noirs y a-t-il?

Trous noirs peuvent √™tre trouv√©s dans les centres des galaxies et dans les syst√®mes d’√©toiles binaires, c’est-√†-dire des syst√®mes de deux √©toiles en orbite autour du m√™me centre.

Les astronomes peuvent d√©tecter les trous noirs par des perturbations dans le √Čmissions de rayons X que ceux-ci produisent dans les √©toiles proches. On estime que dans notre seule galaxie, il pourrait y avoir plus de dix millions de trous noirs.

Par exemple, au centre de la Voie lactée se trouve un trou noir appelé Sagittaire A *. Il a une masse 4,3 millions de fois celle de notre Soleil et est à 25 000 années-lumière de la Terre.

Pourquoi un trou noir?

L’existence de trous noirs a introduit le concept de “invisibilit√©”. Autrement dit, pour tout observateur en dehors du trou noir, il y a cette r√©gion dans laquelle rien n’est observ√©, une r√©gion ¬ęinvisible¬Ľ dans l’espace. Cependant, cela ne signifie pas qu’il n’y a rien √† l’int√©rieur, ou que c’est un ¬ętrou¬Ľ dans l’espace-temps.

Vid√©o explicative d’un trou noir

Voici une vid√©o r√©alis√©e par le groupe RelAstro de l’Universit√© Goethe de Francfort (Allemagne) o√Ļ le comportement d’un trou noir est simul√©:

Voir aussi Big Bang Theory.

Les références

Abramowicz, MA, Fragile, PC (2013). Fondements de la th√©orie des disques d’accr√©tion des trous noirs. Relativit√© vivante 16: 1.

Frolov, vice-pr√©sident, Novikov, ID (1997). Black Hole Physics: concepts de base et nouveaux d√©veloppements. √Čditeurs acad√©miques Kluwer.

 

√Čtiquettes:

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *