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Un trou noir est un objet astronomique dont le champ gravitationnel est si puissant que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Ce sont les objets les plus denses de l’Univers.
Après des décennies de recherche et l’utilisation de techniques très précises, nous en apprenons de plus en plus sur ces corps énormes et mystérieux de l’Univers. Pour mieux les comprendre, des astronomes du monde entier travaillent ensemble à l’aide de grands télescopes.
La formation des trous noirs
Les trous noirs étaient autrefois des étoiles massives. On pense qu’elles étaient 10 à 15 fois plus grosses que le Soleil. Lorsque ces étoiles massives arrivent à la fin de leur vie, elles explosent lors d’énormes événements appelés supernovas.
Pendant l’explosion, l’étoile éjecte violemment ses couches externes dans l’espace. Cependant, la force gravitationnelle provoque l’effondrement du cœur de l’étoile. L’ancienne étoile commence à s’effondrer sur elle-même, devenant de plus en plus dense car ses restes ne peuvent pas résister à la gravité. Le résultat de ce processus est un trou noir.
Il convient de noter que seules les étoiles les plus massives finissent par devenir des trous noirs. Beaucoup d’autres finissent en étoiles à neutrons ou en naines blanches.
Les trous noirs sont souvent classés en fonction de leur masse. En général, il existe trois types de trous noirs. Les trous noirs de masse stellaire, qui peuvent avoir des masses de trois à plusieurs dizaines de fois celle du Soleil et qui évoluent rapidement.
L’autre catégorie est celle des trous noirs de masse intermédiaire, dont la masse varie de 100 à plus de 10 000 masses solaires.
Et enfin, les trous noirs supermassifs, dont la masse varie de 100 000 à des milliards de masses solaires. C’est la situation de Sagittarius A (ou SgrA*), situé au centre de notre galaxie, la Voie lactée, dans la constellation du Sagittaire.
Les structures des trous noirs
Les trous noirs ne sont pas observables car ils ne produisent pas de lumière. Cependant, lorsque la matière est attirée par le trou noir, nous pouvons voir le rayonnement produit dans le spectre électromagnétique.
L’interieur d’un trou noir
Les trous noirs sont composés de deux éléments. L’horizon des événements comme surface, c’est simplement l’endroit où la gravité devient trop forte pour que quoi que ce soit puisse s’échapper. Ensuite, la singularité se trouve au centre. Il s’agit d’un point infiniment petit et infiniment dense.
En raison de son extrême densité, les principes de base de la physique ne s’y appliquent pas. Selon certains physiciens, la théorie de la relativité, qui explique l’Univers macroscopique, n’a pas de sens dans un trou noir. En effet, la densité de la matière augmente jusqu’à un niveau illimité, et le temps cesse de s’écouler comme sur Terre.
Lorsque la gravité est si forte que l’espace-temps lui-même se désintègre de manière catastrophique, une singularité gravitationnelle se produit. Ce phénomène est également connu sous le nom de singularité spatio-temporelle ou simplement de singularité. Par conséquent, une singularité ne peut être ni localisée ni chronométrée car, par définition, elle ne fait plus partie de l’espace-temps quotidien.
Selon la relativité générale, tout objet qui s’effondre au-delà d’un certain rayon (le rayon de Schwarzschild pour les étoiles) deviendrait un trou noir. Celui-ci contiendrait alors une singularité et serait délimité par un horizon des événements.
L’exterieur d’un trou noir
La fine bande de matière qui entoure un trou noir et qui n’est pas encore tombée dedans est appelée disque d’accrétion. Cette bande de matière est constituée de tous les débris stellaires, de la poussière et de la matière qui ont traversé l’horizon des événements. L’apparence déformée est due à l’énorme gravité du trou noir, qui déforme tous les photons émis par les différentes régions du disque.
La bande rotative de matière aplatie s’est formée autour de l’horizon des événements en raison de la forte attraction gravitationnelle exercée par le trou noir sur tous les objets proches. Cela inclut la poussière, le gaz et d’autres débris stellaires qui se sont approchés du trou noir mais n’y sont pas encore entrés. Pour aller plus loin, testez vos connaissances sur les trous noirs.