Les trous noirs et leurs effets

L'evaporation des trous noirs

De plus en plus d'astrophysiciens commencent à croire que les trous noirs seraient plutôt régis par la mécanique quantique, et non par la théorie de la relativité. Cette nature quantique permettrait au trou noir d'émettre de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), ce qui est contraire à tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) ce qui a été dit jusqu'à présent dans ce dossier. Et qui dit lumière dit énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...), ce qui est un synonyme de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...). Les trous noirs perdraient de la matière: ils s'évaporeraient. Mais ce phénomène est minime. On suppose que pour un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...) de 30 Ms, sa luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) serait de 10^-31 Watts et sa température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de 2 X 10^-9 K. C'est une perte d'environ 10^-48 kg par secondes ! On peut négliger cet effet pour certains trous noirs mais pour les trous noirs primordiaux, pour lesquels l'effet est considérable. Ceux-ci peuvent finir, ultimement, par se désintégrer en une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) spectaculaire.

L'interieur des trous noirs

L'une des plus grandes questions posée sur les trous noirs se rapporte a l'intérieur de ceux ci. En effet, de nombreux scientifiques ont tenté de définir ce que l'on trouve à l'intérieur de ces gouffres. Apres de longues recherches, les physiciens ont conclu que la solution la plus probable est l'existence d'une singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou...) (point central du trou noir, de très petite taille, ou toute la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) est concentrée). Mais on ne connaît pas sa structure. Toutefois, les physiciens pensent que c'est en quelque sorte un "malaxeur chaotique" qui serait capable de séparer toutes les particules! Cela donnerait donc lieu a une bouillie de matière intense qui serait gouvernée par des lois physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) inconnues prenant part a une nouvelle théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) que l'on nomme "gravité quantique (La gravité quantique est la branche de la physique théorique tentant d'unifier la mécanique...)", un alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments...) entre la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) et la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de...). Mieux vaut ne pas savoir ce qui arriverait si un humain y entrait (L'entrait (ou tirant) - terme de charpente - est un élément de la ferme. C'est une...).

A l'ecoute des trous noirs

Les Trous Noirs sont si denses qu'ils font vibrer l'espace et le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).
A Cascina, prés de Pise, en Italie, une petite centaine de physiciens, ingénieurs et techniciens italiens et français mettent la dernière main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...) à Virgo, un instrument d'un tout nouveau genre. Il s'agit d'un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change...) de trous noirs. D'ici un an environ, ses deux immenses bras de 3 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) chacun devraient commencer à vibrer au rythme du chant de ces monstres obscurs. Un tressaillement que les scientifiques attendent avec émotion, car il sera la preuve directe de l'existence des trous noirs, explique Patrice Hello (Hello (code AITA : HW ; code OACI : FHE) est une compagnie aérienne charter...), physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la...) à l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) d'Orsay et membre de la collaboration franco-italienne Virgo. Jusqu'ici, en effet, les astrophysiciens n'ont observé que des indices indirects de la présence des trous noirs dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Ils ont suivi le mouvement des étoiles et du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) tourbillonnant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'eux, détecté le rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...) de la matière s'échauffant au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure qu'elle tombait à l'intérieur... Mais rien de direct. Or, pour être sur que derrière ces signes visibles se cachent bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de...) et bien des trous noirs, il n'y a qu'un moyen: il faut parvenir à capter directement les vibrations que ces monstres produisent dans l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...). Ainsi, ce que cherchent les scientifiques de Virgo, c'est d'assister à l'effondrement d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) massive (Le mot massif peut être employé comme :) en un trou noir ou, mieux, suivre la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) de deux trous noirs.

La preuve par les ondes gravitationnelles: quand deux trous noirs tournent très vite l'un par rapport à l'autre, juste avant de fusionner, ils déforment l'espace temps et émettent des ondes gravitationnelles. En parvenant au détecteur Virgo, ces deux ondes font vibrer ses deux grands bras orthogonaux: l'un se contracte pendant que l'autre s'allonge, et vice versa. Pour évaluer cette déformation, les physiciens envoient deux faisceaux laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) dans les bras et mesurent alors leur temps de trajet.

Le but est de détecter le rayonnement gravitationnel émis par certaines sources cosmiques. La mise en évidence des ondes gravitationnelles permettrait de mieux tester la théorie de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...) de A. Einstein et d'ouvrir une nouvelle fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan...) d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...).

Le passage d'une onde gravitationnelle (Dans le cadre de la relativité générale les ondes gravitationnelles sont...) entraîne une déformation de l'espace temps visible par une variation apparente de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...). La technique interférométrique choisie pour cette mesure est développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) par l'expérience VIRGO à Cascina, près de Pise. L'interféromètre de Michelson à longue base est formé de deux bras de 3 Km de long. La source lumineuse éclairant l'interféromètre comporte un laser de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) injecté par un laser stabilisé en fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...). Le faisceau obtenu est filtré par une cavité Fabry-Perot de 140m. Le LAL est responsable de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) du contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) de la source lumineuse.

Ensuite, les deux bras de l'interféromètre sont placés dans un vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) meilleur que 10-8mb. Le LAL a la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) de la conception et du suivi en usine des modules de 12m. qui constituent l'ensemble des 6 Km du tube.

Le contrôle du système de pompage (Le pompage est un phénomène aérodynamique qui intervient dans un compresseur. Il...) et le contrôle global en temps réel de l'interféromètre sont réalisés par des logiciels qui configurent l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) du système informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine...) en ligne.

Enfin, le LAL a pris en charge la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) des sources impulsionnelles (du type Supernova) dans les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de VIRGO.

Le LAL est partie prenante du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) franco-italien VIRGO de recherche directe des ondes de gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...), ce projet a été mis en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...) en 1993. L'expérience est installée à Cascina, près de Pise, en Italie. L'installation des deux bras devrait se terminer en 2002 et permettre le début de la période d'exploitation de VIRGO comme antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) gravitationnelle. La collaboration VIRGO rassemble une cinquantaine de physiciens, dont 8 du laboratoire du LAL, et une équipe technique de 28 femmes et hommes.

le rayonnement de Hawking

Il peut être intéressant d'étudier ce que l'on peut apercevoir d'un trou noir. Un trou noir est en lui-même totalement invisible, du fait qu'il absorbe toute la lumière qui passe dans son entourage.Il ne peut donc dégager aucune lueur. Mais Stephen Hawking (Stephen W. Hawking, CH, CBE, FRS, FRSA, est un physicien théoricien et cosmologiste anglais,...) a montré qu il était possible que tous ces trous noirs émettent un rayonnement direct !

D'après plusieurs principes, nous admettrons qu'une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts...) de particules (particule - antiparticule) peut apparaître à partir du vide à condition qu'elle s'annihile peu après. Près de l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre...), une des deux particules peut pénétrer dans le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson,...). Sans partenaire avec qui s'annihiler, la particule restante acquiert une existence réelle. Ainsi le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) de ces particules résultantes équivaut à un rayonnement thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) dit Hawking. Cependant ce phénomène très faible ne permet pas de détecter un trou noir de manière sûre Cependant, Hawking a montré qu'il était en fait possible de capter du rayonnement qui en fait provient du trou noir. Ce raisonnement se base sur les fluctuations du vide quantique et le principe d'incertitude d'Heisenberg appliqué à l'énergie et au temps. En effet, ce principe autorise la violation de la conservation de l'énergie pendant un court instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...). Une paire de particules peut donc apparaître à partir du vide à condition qu'elles s'annihilent peut après. Si ce phénomène se produit près de l'horizon d'un trou noir, une des deux particules peut pénétrer l'horizon sans l'autre. La première va alors être absorbé et pas l'autre. La paire ne s'annihilera donc jamais et la particule résultante va continuer son trajet et pouvoir être captée par un observateur. C'est ce qu'on appelle le rayonnement de Hawking. Cependant ce phénomène reste très faible et ne permet pas de détecter un trou noir de manière sûre.