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Les trous noirs sont des objets cosmiques tellement denses que leur gravitation empêche toute forme de rayonnement ou de matière de sortir. Ils sont prévus par la théorie de la relativité généralisée de Einstein.
Présentation
Pour définir un trou noir, il faut savoir que ceux-ci sont des astres extrêmement denses et qui ont une vitesse de libération supérieure à celle de la lumière. Or, on ne peut pas aller plus vite que la lumière. Ainsi, même à la vitesse de la lumière, on ne peut pas sortir de l'attraction d'un trou noir. La vitesse de libération est la vitesse que doit atteindre un objet pour être libéré de l'attraction d'un autre astre. Par exemple, la vitesse de libération sur Terre est de 11,2 km/s.
La forme d'un trou noir n'est pas comme l'indique son nom en forme de trou. C'est plutôt dans un point de vue à trois dimensions une sphère. Cette sphère est délimitée par l'horizon des évènements qui est la limite à partir de laquelle on ne peut plus échapper à la force d'attraction. La matière, avant d'être definitivement happée par le trou noir, tourne dans un anneau appelé disque d'accrétion et où la matière y est chauffée à des températures extrêmes. Ce disque d'accrétion est détectable dans les rayonnements X.
Le point où la masse du trou noir est concentrée est appelée singularité gravitationnelle.
Exemple d'une reprséntation artistique
erronnée d'un trou noir. Le trou noir est
une sphère et non un trou comme son nom l'indique
Enfin, il faut savoir que le trou noir n'est pas comme on pourrait le penser un aspirateur irréversible car il n'exerce pas plus d'attraction que n'importe quel autre astre. Ainsi, si on remplaçait le Soleil par un trou noir de même masse, les orbites des planètes se trouveraient inchangées.
Différents types
En fonction de leur masse, on distingue quatre types de trous noirs.
A la suite de l'explosion en supernova d'une étoile, un trou noir peut apparaître. C'est un trou noir stellaire. Ceux-ci ont une masse d'au moins quelques masses solaires. Ce type de trou noir ne fait que quelques kilomètres de diamètre. Leur formation peut engendrer des ondes gravitationnelles (prévue par la relativité générale).
Vue d'artiste de la mort d'une étoile dans un trou noir.
Celle-ci se désagrégerait avant que sont gaz ne soit
complétement aspiré par le trou noir. Crédit : ESA/S. Komossa
On rencontre dans le cosmos des trous noirs qui peuvent atteindre des milliards de masse solaire. On parle de trou noir supermassif. Ce type de trou noir se trouve au centre de certaines galaxies. Aujourd'hui, les astrophysiciens ont démontré que au coeur de notre galaxie, se trouve un trou noir supermassif appelé Sagitarius A*.
Entre ces deux ordres de grandeur, certains astrophysiciens pensent qu'il pourrait exister des trous noirs qui auraient une masse de 100 à 10 000. Ce sont les trous noirs intermédiares. Néanmoins leur existence n'a toujours pas été prouvée ni observée.
Enfin une dernière classe théorique de trous noirs pourrait exister. Ce sont les trous noirs primordiaux. Ceux-ci bien plus petit, posséderait le dixième d'une masse solaire. Ils sont appelées primordiaux car ils se seraient formés au début de l'Univers.
Observation des trous noirs
Comme les trous noirs n'émettent eux-mêmes aucun rayonnement dans aucune longueur d'onde. On ne peut pas les observer directement. Mais on peut deviner leur existence à cause de différents phénomènes qu'ils induisent sur leur environnement.
Ainsi le mouvement très rapide de certaines étoiles au centre de la Voie Lactée a permis de deviner un objet cosmique de très forte masse concentré dans un rayon très petit. Les astronomes en ont déduit la présence d'un trou noir.
Lors de leur formation, certains trous noirs naissent dans un sursaut de rayons gamma. Ce genre de sursaut peut donc être détecté et interprété comme la naissance d'un trou noir.
Le trou noir de Kerr
Parmis les quatres types de trous noirs existant, seule le trou noir de Kerr possède des caractéristiques qui rendent possibles son apparation. Le trou noir de Kerr est en mouvement sur lui-même et absorbe la matière au moyen d'un disque d'accrétion. Il possède une charge électrique neutre. Il représente un interêt astrophysique considérable.
Théories et spéculations
Des théories prévoient qu'à l'autre bout d'un trou noir il existerait une fontaine blanche d'ou jaillirait toute la matière et la lumière absorbée. Le trou noir et la fontaine blanche serait tous deux reliés par un trou de ver.
Schématisation d'un trou de ver
Le trou de ver (ou pont Einstein-Rosen)
Le trou de ver est un héritage de la relativité générale de Einstein. Selon cette théorie, l'espace temps est courbe car il est creusé par les masses qu'il contient. Si on compare l'espace temps à une pomme. On imagine que le trou de ver permet de relier deux points de sa surface en passant par l'intérieur. Cette théorie très spéculative rendrait possible les voyages dans l'espace intersidéral et les voyages dans le temps.
Albert Einstein, père de la relativité générale et un des plus
grands savants de l'Histoire.
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