Les bases pour mieux comprendre un trou noir

La question de l'existence d'un trou noir a longtemps demeurée sans réponse. Depuis quelques décennies seulement nous avons découvert des trous noirs, ces objets prédit par la théorie de la relativité générale et qui n'émettrait aucun rayonnement ont été l'un des plus grands mystères du XXème siècle.

1°) Comment les a-t-on détecté si ils n’émettent aucun rayonnement?

C'est tout simple, un trou noir est en fait un déformation de l'espace temps (relativité générale). On l'associe fréquemment au terme puit dimensionnel. En fait il déformerait tellement l'espace temps que même la lumière (Vitesse de la lumière dans le vide= 299 792 km/s) qui possède une vitesse constante et qui détermine la "vitesse limite" auquel un objet massif ne pourra jamais atteindre ni franchir (dans le vide uniquement!!!) elle est souvent associé à "c" comme dans l'équation E=mc². Donc même la lumière ne peut pas s'en échappé.

2°) Pour maîtriser ceci il faut assimiler la notion de vitesse de libération:

La vitesse de libération de tous les objets ou particules massives ou non est la vitesse que doit atteindre l'objet ou la particule en question pour se libérer du champ gravitationnel d'un astre.

Exemple: Sur Terre la vitesse de libération est de 11,2 km/s soit 40 000 km/h donc une fusée par exemple doit atteindre 40 000 km/h pour se libérer de l'attraction terrestre.

Pour un trou noir la vitesse de libération d'un objet ou d'une particule est supérieur à 299 792 km/s soit supérieur à la vitesse de la lumière!!! et comme "c" est la vitesse "ultime" aucune particule ne pourra jamais sortir d'un trou noir.

Alors comment on fait les astrophysicien pour détecter les trous noirs?

Ils ont juste observé "l'entourage du trou noir"...

3°) La constitution d'un trou noir:

Un trou noir est constitué d'un endroit appelé "horizon des évènements", si une particule tombe dans l'horizon des évènements, ses chances pour en ressortir sont de 0% dans n'importe quel situation,sauf exception.

Il possède également un disque d'accrétion ou érgorégion qui est l'endroit où tourbillonne à des vitesse très élevées du gaz et des particules prélevés sur une étoiles voisines (En cas de système binaire constitué d'un trou noir et d'un étoile classique. Les particules chauffées dans le disque d'accrétion émettent de très forts rayonnement.

4°) La détection d'un trou noir:

Aujourd'hui on détecte les trous noirs à cause de leurs effets sur leur entourage et grâce à déformation de l'espace temps.

1- Déformation de l'espace-temps:

Lorsque l'on observe une ou plusieurs étoiles qui tournent sur un centre de gravité n’émettant aucun rayonnement.

2- Les effets sur l'entourage:

Lorsque l'on observe des effets qui font réapparaître plusieurs fois le même astre sur la même image. Ces effets sont appelés "lentille gravitationnelle" ou "mirage gravitationnel".

5°) Comment se créer un trou noir?

Il existerait plusieurs sortes de trous noirs:

1- Trou noir stellaire ou trou noir "de masse intermédiaire":

Ils se forment à partir d'étoiles de plus de 6 masses solaires, elles brûlent leur réserve d'hydrogène en environ 100 000 000 d'années alors que ceux de moins de six masses solaires brûlent leur réserve d'hydrogène en environ 10 000 000 000 d'années. Elles produisent une supernovae qui donnera généralement naissance à une étoiles à neutron mais parfois à un trou noir.

2- Trou noir super-massif

Les trous noirs super-massifs ne se forment pas comme leur cousin. Ils hantent les bulbes des galaxies et seraient créent lors de la formation des galaxies eux même. La PLUPART PAS TOUTES des galaxies possèdent un trou noir super-massif en leur centre. Ils possèdent plusieurs milliard de fois la masse du Soleil tandis que leurs cousins stellaire en possèdent "seulement" quelques dizaines voir centaines.
Les trous noirs super-massifs sont généralement associés à des quasar pour quasi-stellar radiosource (source radio quasi-stellaire).

3- Trou noirs primordiaux

Les trous noirs primordiaux très petit se seraient formés lors des premier instant après "le Big Bang" et à ce jour ils se seraient évaporés d'après les prédictions de Stephen Hawking.

Certain astrophysiciens ajoutent d'autre type de trou noir tels que les trous noirs acoustiques ou les trous de vers qui relieraient deux univers.

6°) Singularité d'un trou noir

La singularité d'un trou noir à l'opposé d'une singularité nu est un point au centre du trou noir où la gravitation est la courbure spatio-temporelle serait infinie.

7°) On peut distinguer d'autre type de trou noir:

Un trou noir possède toujours une masse non nulle. En revanche, ses deux autres caractéristiques, à savoir le moment cinétique (rotation) et la charge électrique, peuvent en principe prendre des valeurs nulles (c’est-à-dire égales à zéro) ou non nulles. La combinaison de ces états permet de définir quatre types de trous noirs.

Quand la charge électrique et le moment cinétique sont nuls, on parle de trou noir de Schwarzschild, du nom de Karl Schwarzschild qui, le premier, a mis en évidence ces objets comme solutions des équations de la relativité générale (les équations d’Einstein), en 1916.
Quand la charge électrique est non nulle et le moment cinétique nul, on parle de trou noir de Reissner-Nordström. Ces trous noirs ne présentent pas d’intérêt astrophysique notable, car aucun processus connu ne permet de fabriquer un objet compact conservant durablement une charge électrique significative ; celle-ci se dissipe normalement rapidement par absorption de charges électriques opposées prises à son environnement6. Un trou noir de Reissner-Nordström est donc un objet théorique très improbable dans la nature.

Si le trou noir possède un moment cinétique (c’est-à-dire qu’il est en rotation sur lui-même) mais n’a pas de charge électrique, on parle de trou noir de Kerr, du nom du mathématicien néo-zélandais Roy Kerr qui a trouvé la formule décrivant ces objets en 1963. Contrairement aux trous noirs de Reissner-Nordström et de Schwarzschild, les trous noirs de Kerr présentent un intérêt astrophysique considérable, car les modèles de formation et d’évolution des trous noirs indiquent que ceux-ci ont tendance à absorber la matière environnante par l’intermédiaire d’un disque d’accrétion dans lequel la matière tombe en spiralant toujours dans le même sens dans le trou noir. Ainsi, la matière communique du moment cinétique au trou noir qui l’engloutit. Les trous noirs de Kerr sont donc les seuls que l’on s’attend réellement à rencontrer en astronomie. Cependant, il reste possible que des trous noirs à moment cinétique très faible, s’apparentant en pratique à des trous noirs de Schwarzschild, existent.
La version électriquement chargée du trou noir de Kerr, dotée comme lui d’une rotation, est connue sous le nom de trou noir de Kerr-Newman et ne présente comme le trou noir de Reissner-Nordström ou celui de Schwarzschild que peu d’intérêt astrophysique eu égard à sa très faible probabilité.