Les trous noirs et leurs effets

Caractéristiques d'un trou noir

Bien que le trou noir soit mystérieux, il ne possède pas une structure compliquée. Mais il possède certaines caractéristiques qu'il faut tout de même définir. Tout d'abord, trois paramètres physiques permettent de différencier un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...) d'un autre: sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...), le moment cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) de son spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) et sa charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...). Les trous noirs ne peuvent pas posséder une charge non nulle, car la répulsion repousserait les particules chargés du même signe à l'extérieur et attirerait celles de signe opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...), ce qui aurait comme effet de neutraliser la charge. D'un autre côté, tous les trous noirs possèdent une masse propre, mais ils n'ont pas tous un moment cinétique. On définit les trous noirs non rotatifs de trous noirs de Schwarzschild et, ceux qui ont un spin sont appelés trous noirs de Kerr. Jusqu'ici, seuls les trous noirs non rotatifs étaient concernés parce qu'ils sont incroyablement plus simples que les trous noirs de Kerr. La principale raison de cette complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...), c'est que la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure...) de l'espace aux alentours d'un tel objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) ressemble à un tourbillon; tourbillon qui oblige toute particule se trouvant à l'intérieur d'un certain rayon critique à être en mouvement. L'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...) à proximité d'un de ces objets ressemble à la figure ci-dessous. Par la suite, nous ne parlerons que des trous noirs non rotatifs.

La sphère de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) (Photon sphere)

Elle est nommée ainsi parce que c'est la couche correspondant à l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) photonique. Elle est située à 1,5 Rs. Sur cette sphère, l'orbite des photons est néanmoins instable. Après quelques tours, deux "possibilités": soit ils plongent vers le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson,...), soit ils s'en échappent.

L'horizon (Event horizon)

L'horizon se trouve à 1 Rs et est caractérisé par une vitesse de libération (La vitesse de libération (aussi appelée vitesse d'évasion, vitesse parabolique, vitesse de...) égale à la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour...). C'est le point (Graphie) de non retour, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) ce qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) cette barrière est perdu à jamais: il rencontrera inévitablement la singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou...).

La singularité

Le terme singularité signifie quelque chose de singulier, d'unique. C'est le point central du trou noir, où toute la masse du trou noir est concentrée. Elle mesurerait environ 10-35 m, mais aurait une masse énorme (au moins 3 Masses Solaire). Il existe plusieurs théories concernant l'intérieur d'un trou noir qui sont toutes différentes les unes des autres.

Que se passe t-il aux alentours d'un trou noir ?

Imaginons un équipage de terriens, à bord d'un vaisseau spatial qui voyagerait aux abords d'un trou noir. Nous allons décrire les différents phénomènes que ces derniers pourraient ressentir au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure de leur approche de celui-ci.

L'approche

A une distance assez élevée, l'équipage ne ressentirais rien d'autre que l'effet normal de la gravite. Mais le vaisseau doit tout de même avoir un mouvement circulaire autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de ce trou noir pour rester à distance constante et ainsi pouvoir calculer la masse du trou noir. Ce trou noir n'est pas visible, seule l'est une concentration anormale de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) un halo est visible (voir image ci-dessous). En calculant leur période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour...) et leur distance par rapport au trou noir (a l'aide de formule relative à l'effet de lentille), l'équipage peut alors découvrir la masse du dit trou noir. Ils peut décider d'entamer une lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) descente vers les orbites inférieures. Ils doivent augmenter la vitesse (On distingue :) de leur vaisseau, qu'ils calculeront à l'aide des calculs sur les lois de la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...) fait par Newton. (Le trou noir pris en exemple pour cette démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir...) a une masse solaire (En astrophysique, la masse solaire est l'unité de masse conventionnellement utilisée pour les...) de 3000 Ms et un Rs de 8850 Km)

ou

Où v est la vitesse de rotation, G la constante gravitationnelle, M la masse du trou noir et r la distance radiale, k la distance radiale en Rs, c la vitesse de la lumière.

L'orbite rapprochée

Lorsque l'équipage arrive à une distance de 5 Rs du trou noir, l'équipage ressent ce qui est appelée une force de marée (La force de marée est une conséquence du gradient gravitationnel s'exerçant sur le diamètre...). A cette distance, l'équipage subit une différence gravitationnelle de 1 G entre la tête et les pieds. Bien que cela représente une sensation confortable, cela n'à aucun impact sur l'équipage (le corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) peut subir une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux...) de 15 G sans se rompre; cette force serait atteinte a 2 Rs de ce trou noir). Plus ils se rapprocheront, plus la force ressentie sera grande. A une certaine distance, l'équipage sera en danger car cette force sera trop grande. Ils décident alors d'envoyer une sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) vers le trou noir.

La sonde

Cette sonde descend lentement, les humains la commandant prenant garde à ne pas la faire chuter directement dans le trou noir. Toutefois, lorsque elle est a une distance équivalent a 1.5 Rs du trou noir, sa vitesse doit égaler celle de la lumière pour conserver une orbite stable. Il reste deux choix a l'équipage: sacrifier la sonde ou la faire ressortir à l'aide d'un grand coup de moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...). Ils décident de la sacrifier au nom de la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...). Plus elle approche du trou, plus la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'one du laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) avec lequel elle communique avec l'équipage est allongée. C'est l'effet Doppler gravitationnel relativiste qui fait son effet (voir glossaire). Rapidement, la sonde va dépasser l'horizon. Mais à ce moment, que va-t-il vraiment se passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) ? En effet, le facteur de ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée...) du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) augmente à mesure que l'on se rapproche du trou noir, ce qui a pour effet de ralentir tous phénomènes physiques, et donc la sonde. Rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie)...) à r=Rs, ce facteur de ralentissement est infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus,...) ce qui signifie donc que le temps est arrêté. Mais alors, combien de temps sera nécessaire à la sonde pour traverser cet horizon ? On peut trouver deux réponses, qui dépendent de la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) que l'on choisit. Si l'on choisit la géométrie de Schwarszchild (c'est-à-dire les lois d'Einstein, que l'on a vu appliqué sur la simulation ci-dessus), elle mettra un temps infini. Si l'on utilise une géométrie normale, le passage se fera instantanément. Mais de toute façon, on considère qu'une masse atteignant ou dépassant l'horizon fait partie intégrante du trou noir car il est impossible qu'elle en ressorte.
Page générée en 0.185 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique