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Trou noir supermassif
En haut : Vue d’artiste d’un trou noir supermassif absorbant de la matière dans la galaxie RXJ 1242-11. En bas à gauche : Photo prise dans les rayons X avec le télescope Chandra. En bas à droite : photo optique prise par l’ESO.
En haut : Vue d’artiste d’un trou noir supermassif absorbant de la matière dans la galaxie RXJ 1242-11. En bas à gauche : Photo prise dans les rayons X avec le télescope Chandra. En bas à droite : photo optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) prise par l’ESO.

En astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de...), un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de masses solaires. C'est le type de trou noir le plus...) est un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de...) dont la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) est d'environ un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède...) à un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent...) de masses solaires. C'est le type de trou noir le plus grand, après le -- encore hypothétique -- trou noir primordial (Un trou noir primordial est un type de trou noir hypothétique, formé non pas par effondrement gravitationnel mais par la présence de régions extrêmement denses de l'Univers primitif. Dans ces premiers instants,...), le trou noir stellaire (Un trou noir stellaire résulte de l'effondrement d'une étoile massive sur elle même. Cet effondrement se manifeste directement l'apparition d'une supernova,...) et le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire est inspiré du roman Vingt mille lieues sous les mers de...) intermédiaire.

Trous noirs supermassifs au centre des galaxies

Il existe aujourd'hui de nombreuses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) qui montrent qu'à peu près toutes les grosses galaxies possèdent un trou noir supermassif en leur centre, comme c'est le cas dans notre propre galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.), la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent le Système solaire...). Les observations les plus claires de la présence d'un tel trou noir dans notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) sont celles du mouvement orbital des étoiles les plus proche du centre galactique, dans la région appelée Sagitarius A*. Le suivi des trajectoires a permis de mesurer directement la masse du trou noir central : 2,6 ± 0,2 millions de masses solaires[1][2]. En 2002, des astronomes ont suivi l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) S2 dans Sagitarius A*, et ont pu montrer qu'elle s'approchait à une distance aussi petite que 17 heures (L'heure est une unité de mesure  :) lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) du trou noir central. [3] [4][5].

Propriétés

Par comparaison avec un trou noir stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.), la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans...) d'un trou noir supermassif peut en fait être très faible – parfois plus faible que celle de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.). Cela s'explique par le fait que le rayon de Schwarzschild (Le rayon de Schwarzschild est défini comme le rayon critique prévu par la géométrie de Schwarzschild, en deçà duquel rien ne peut s'échapper : si une étoile ou...) du trou noir croît corrélativement avec la masse, ce qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) que la densité décroît selon le carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure....) de la masse : plus le trou noir est grand, plus sa densité moyenne chute, même si sa masse croît sans limite. Autre fait notable, les forces de marées sont négligeables au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la...) de l'horizon des événements (L'horizon des événements est constitué par la région de l'espace-temps dans laquelle un événement peut-être perçu par un observateur.) d'un trou noir supermassif, car la singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En particulier, le terme est employé dans les domaines suivants :) gravitationnelle centrale en est très éloignée. Ce qui fait qu'un explorateur s'approchant d'un trou noir supermassif ne ressentirait rien de particulier lors de son franchissement de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique,...).

Formation

La formation des trous noirs (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. De tels objets n’émettent donc pas de lumière et sont...) supermassifs est encore fortement débattue puisqu'elle se fait certainement sur de grandes échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), à comparer à la formation d'un trou noir stellaire lors d'une supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre,...), produite par une étoile massive (Le mot massif peut être employé comme :), comme une étoile Wolf-Rayet.

L'hypothèse la plus simple de la formation des trous noirs supermassifs est évidemment de commencer par un trou noir stellaire qui ensuite accrétera de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe...) sur des milliards d'années. Cette hypothèse a cependant de nombreux défauts, parmi lesquels la nécessité d'une très grande densité d'étoiles pour continuellement nourrir le trou noir. Mais surtout, des observations ont montré l'existence de trous noirs supermassifs à très grand redshifts, c'est-à-dire au début de l'évolution de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).[réf. nécessaire] Ces trous noirs n'ont ainsi pas eu le temps de se former par simple accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) d'étoiles. Il est possible que la formation de tels trous noirs soit en fait très rapide au début de l’univers.[6][7]

Le satellite (Satellite peut faire référence à :) Chandra (Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la mission STS-93.) a également permis d’observer au centre de la galaxie NGC 6240 deux trous noirs supermassifs en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) l’un autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) de l’autre.

Notes et références

  1. (en) A.M. Ghez et al., High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A*: Evidence for a Supermassive Black Hole at the Center of Our Galaxy, ApJ, 509, 678-686 (1998). article  [pdf], Résumé disponible sur ADS: 1998ApJ...509..678G
  2. (en) Voir aussi l'annonce du résultat sur le site de l'observatoire Keck.
  3. (en) Voir l'annonce du résultat sur le site de l'European Southern (Southern est le nouveau nom de la concession ferroviaire, initialement exploitée par Connex South Central, desservant les lignes du sud de Londres, du Surrey et du Sussex à...) Observatory].
  4. (en) Voir le site Galactic Center Research at MPE (lien) du Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik et en particulier l’animation (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent être dessinées, peintes, photographiées,...) montrant la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de l’étoile S2.
  5. (en) Voir également R. Schödel et al., Closest Star Seen Orbiting the Supermassive Black Hole at the Centre of the Milky Way, Nature (journal), 419, 694 (17 octobre 2002), Article disponible sur arXiv: astro-ph/0210426. (en)
  6. (en) Volonteri M., Rees M. J., Rapid Growth of High-Redshift Black Holes, (2005), ApJ, 633, 624 Article disponible sur arXiv: astro-ph/0506040. (en)
  7. (en) Voir aussi l'article sur le site de Universe Today.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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