Trous Noirs

Trou noir et vitesse de libération

Imaginons un homme de 70 kilos se tenant debout à la surface du Soleil. À cause de l'attraction gravitationnelle énorme de notre étoile du jour, cet homme y pèserait environ deux tonnes. Maintenant, imaginons une force quelconque qui comprimerait le Soleil. Le poids de l'homme augmenterait d'avantage car la matière du Soleil se trouverait de plus en plus confinée dans un volume de plus en plus restreint. La densité de l'étoile aussi augmenterait, ainsi que son attraction gravitationnelle. La vitesse de libération, qui est la vitesse qu'il faut donner à un objet pour qu'il s'échappe du champ gravitationnel d'un astre, augmenterait, elle aussi. Sur le Soleil, elle vaut 625 km/s. Maintenant, retrouvons notre force imaginaire et comprimons le soleil de moitié, par rapport à sa taille actuelle. L'homme pèse 8 tonnes et la vitesse de libération est maintenant de 900 km/s. Continuons la compression du Soleil jusqu'au dixième de son rayon actuel, l'homme pèse 200 tonnes et la vitesse de libération atteint 1 600 km/s. Si nous comprimons encore, le Soleil est de la taille de la terre, l'homme pèse 25 000 tonnes et la vitesse de libération est alors de 6 500 km/s. Gardons notre action de compression jusqu'à ce que le Soleil n'ait plus que 3 km de rayon. La vitesse de libération est maintenant de 300 000 km/s... la vitesse de la lumière. Ce rayon est appelé rayon de Schwarzchild, il correspond au rayon critique jusqu'auquel il faut comprimer une masse pour obtenir un trou noir. Nous voudrions rappeler que selon la relativité d'Einstein, rien ne voyage plus vite que la lumière donc, rien ne peut s'y échapper.

Un trou noir, est une pathologie de la gravitation, une singularité dans le champ gravitationnel d'un objet. Cet objet peut être bien des choses, une planète, une étoile, le point qui a donné naissance au "Big Bang", votre ordinateur, peu importe. C'est la singularité qui compte. Nous allons parcourir les étapes de la formation d'un trou noir à partir de l'effondrement d'une étoile massive.

Formation d'un trou noir

Les étoiles qui font entre un dixième et dix fois la masse du soleil, "s'éteindront" graduellement, après avoir transformé leur hélium en carbone. La sous-production d'énergie entraînera l'effondrement gravitationnel de l'étoile, et la pression de dégénérescence des électrons viendra compenser la force de cet "étau" gravitationnel. Le résidu de l'étoile sera ce qu'on appelle une naine blanche. Un objet très dense avec un diamètre comparable à celui de la terre mais avec une masse comme celle du soleil. Un centimètre cube de cette matière pèserait mille kilogrammes. Les étoiles de plus de dix masses solaires franchiront d'autres étapes de fusion nucléaire en transformant le carbone en oxygène et en magnésium à 600 millions de degrés, l'oxygène en phosphore ou en silicium à un milliard et demi de degrés et ainsi de suite jusqu'au fer qui est le stade ultime. Lorsque ces étoiles massives ne produiront plus d'énergie, l'effondrement gravitationnel est, à nouveau, inévitable. La pression de l'effondrement sera tel, que les électrons n'auront d'autres choix que de se "soudés" au protons, pour donner naissance à un résidu de matière neutronique. Cet objet s'appelle, une étoile à neutron. La matière neutronique a une densité 100 millions de fois plus élevée que celle déjà exceptionnelle des naines blanches. La limite théorique supérieure pour la masse d'une étoile à neutron est de 3 masses solaires. Au delà...l'implosion continuera son œuvre, jusqu'à ce que la vitesse de libération de l'objet soit équivalente à la vélocité de la lumière. La gravité a gagné le combat, il y a formation d'un trou noir. Il est couramment admis que certaines étoiles qui font 20 fois la masse du soleil, se transformeront en trous noirs.