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 C'est quoi un trou noir ?

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Homme Curieux



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MessageSujet: C'est quoi un trou noir ?   Mer 25 Juin - 20:03

L’idée du « trou noir » est née il y a deux siècles. Désignant des astres hypothétiques qui seraient capables d’engloutir toute matière passant à leur portée, les trous noirs sont les corps célestes les plus mystérieux.

La théorie du trou noir fascine car, théoriquement, elle permettrait de voyager dans l'espace de manière instantanée. Mais qu'en est-il vraiment ?

La théorie du trou noir

Le terme « trou noir » a été employé pour la première fois en 1967 par John Wheeler. Grâce à nos connaissances sur les mécanismes de formation et de mort des étoiles, l’existence des trous noirs a pu être confirmée.
Pour simplifier, on peut dire que la théorie est partie du principe qu’à priori, rien ne s’oppose à ce qu’il puisse exister des objets si denses et si massifs que la lumière elle-même ne pourrait s’en échapper.

Selon Newton, « tous les objets de l’univers s’attirent mutuellement avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance ».

Ce qui signifie que pour échapper à l’attraction gravitationnelle exercée par une planète ou une étoile, il faut dépasser la vitesse de la lumière.

La vitesse suffisante est appelée « vitesse de libération ». Exemple : pour quitter la Terre, une fusée doit atteindre 11,2 Km/s. La vitesse de libération de la Terre est donc de 11,2 Km/s

Donc, si on suppose qu’il existe des astres suffisamment massifs pour que la lumière elle-même ne puisse s’en échapper, cela signifie que la vitesse de libération de ces astres est supérieure à celle de la lumière soit environ 300 000 Km/s.

Cette théorie a été émise conjointement par John Michell en 1783 et par Pierre Simon de Laplace en 1796.
Mais à cette époque on ne connaissait pas encore la vitesse de la lumière.

Qu’est ce qu’un trou noir ?

En réalité, les trous noirs ne sont rien d’autre que des résidus d’étoiles massives qui ont explosé en supernova.
Après l’explosion, il reste au centre de l’astre mort un noyau ultra dense de quelques kilomètres de diamètre.

Il y a à partir de là deux solutions :

1/ Si sa masse ne dépasse pas trois fois celle du soleil, le noyau dense ne peut plus se comprimer et demeure en l’état. C’est une étoile à neutrons.

2/ Si sa masse dépasse d’au moins trois fois celle du soleil, la gravité devient si forte que l’effondrement sur lui-même se poursuit. L’astre mort devient alors un trou noir.

Donc, quand une étoile a épuisé son hydrogène, elle s'effondre sous l'effet de sa propre gravité. L'étoile devient des centaines de fois plus grosse: c'est une géante rouge.

Si l'étoile est plus massive que le soleil, elle devient plus grande qu'une géante rouge: c'est une supergéante.

Puis la supergéante s'effondre brutalement et libère une énergie phénoménale qui pulvérise l'étoile: c'est une supernova. Les trous noirs sont donc la conséquence de la mort des étoiles les plus massives.

Que font les trous noirs ?

Selon le principe de la relativité générale, tout corps déforme l’espace temps qui l’entoure. Cette déformation de l’espace-temps n’est pas perceptible près de la Terre qui n’est pas massive.

Cette déformation est déjà observable près du soleil.

A proximité d’un trou noir, elle est très marquée. Donc, les distances sont raccourcies. Par exemple, les durées seraient allongées. Une seconde serait plus longue à côté d’un trou noir que sur Terre.
Ainsi, plus on se rapproche d’un trou noir et plus le temps se ralentit.

Mais, dans la mesure où toutes nos lois physiques ne peuvent s’appliquer, personne ne peut dire vraiment ce qui se passe au sein d’un trou noir.
Tout objet qui entre dans l’horizon d’un trou noir s’y enfonce sans retour possible.

Théoriquement, on pourrait s’approcher d’un trou noir à une certaine distance et se satelliser autour s’en s’y engloutir. Mais, l’expérience n’a jamais été tentée.

Observation d’un trou noir

En 1997, une équipe du service d’astrophysique du CEA a réussi, pour la première fois, à observer les phénomènes qui se produisent à proximité d’un trou noir.

Il s’agissait dans ce cas précis de matière arrachée à une étoile voisine. L’astre baptisé GRS 1915+105 était à 40 000 années-lumière de la Terre.
Il avait été détecté en 1992.

Dans la mesure où des supernovas explosent en permanence au sein de la galaxie, il se créerait de nouveaux trous noirs en continu.

Il faut souligner que l'on peut observer ce qui se passe dans le voisinage d'un trou noir mais pas le trou noir par lui-même. La lumière ne pouvant s'échapper d'un trou noir, il est invisible.

Les représentations qu'on peut en avoir ne sont que des vues d'artiste.

Trou noir et voyage interstellaire

Les trous noirs auraient un symétrique dans une autre partie de l’univers. Par opposition, on les appelle des fontaines blanches ou « trous blancs ».

Si un trou noir absorbe la matière, le trou blanc la rejette.

Donc, en théorie, un trou noir relié à un trou blanc créerait une porte spatio-temporelle. Ce serait donc un voyage instantané.

Prenons le cas d’un voyage qui serait effectué par un équipage vers les espaces interstellaires à bord d’un vaisseau. Le principe a bien sûr été largement étudié avec notamment le projet Dédale élaboré dans les années 70.

Très schématiquement, disons que le concept se basait sur de nouvelles avancées en physique nucléaire, notamment sur la fusion.

Si un vaisseau était capable de se déplacer à 90% de la vitesse de la lumière, il serait soumis à la déformation de l’espace-temps.
Par exemple, Alpha du Centaure, distante de 4,3 années-lumière serait atteinte en 3 ans. Le centre de la Voie Lactée, à 30 000 années-lumière, serait atteint en 10 ans.
Mais, sur Terre, des millions d’années se seraient écoulés.
Ce type de voyage serait donc sans retour.

On comprend mieux pourquoi les trous noirs fascinent autant. Ils pourraient représenter le seul moyen de voyager instantanément dans l’univers.
Malheureusement, le champ gravitationnel exerce des effets tellement destructeurs que le passage dans un trou noir nous semble définitivement impossible.

Source : http://www.dinosoria.com/trou_noir.htm
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Rick



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MessageSujet: Re: C'est quoi un trou noir ?   Ven 27 Juin - 5:13

JusteUneOmbre a écrit:
Citation :
Théorie: des Univers entiers à l'intérieur des trous noirs ?

Selon une nouvelle étude, lorsque la matière est avalée par un trou noir, il se pourrait qu'elle tombe dans un autre univers contenu à l'intérieur, ou qu'elle se retrouve piégée dans une connexion, similaire à un trou de ver, vers un autre trou noir.

Ce qui se trouve à l'intérieur d'un trou noir reste l'un des plus grands mystères de la physique. La relativité générale, théorie qui prévoit l'existence des trous noirs, indique que toute la matière s'y concentre en un point central de densité infinie que l'on appelle une singularité. Mais alors, "mathématiquement, plus rien n'a de sens", remarque Christian Böhmer de l'université de Londres, "et nous aimerions bien supprimer cette singularité."

De nombreux chercheurs pensent qu'une théorie unifiant les effets quantiques et gravitationnels résoudra le problème, la théorie des cordes étant la plus populaire de ces solutions de rechange. Mais Böhmer et son collègue Kevin Vandersloot de l'université de Portsmouth sont plus favorables à une approche rivale appelée la gravitation quantique à boucles, qui définit l'espace-temps comme un réseau de liens abstraits qui connectent de minuscules morceaux primitifs d'espace. Dans cette théorie, l'espace-temps n'est plus un continuum, comme en relativité générale, mais possède une structure discrète.

Cette théorie a déjà été utilisée pour aborder le problème de la singularité à l'origine de notre univers. Elle suggère qu'au lieu du Big Bang, un premier univers pourrait s'être effondré pour ensuite "rebondir" dans une nouvelle expansion, un "Big bounce" (rebond).


Des solutions plutôt étranges

Une situation "répulsive" similaire était déjà apparue quand cette théorie avait été précédemment appliquée à l'intérieur d'un trou noir particulier. Ces études suggéraient l'existence d'une frontière répulsive empêchant la matière de s'agglomérer dans la singularité. Mais Böhmer et Vandersloot ont voulu constater les effets de cette théorie appliquée aux trous noirs en général. Comme les équations ne pouvaient pas être résolues exactement pour chaque trou noir, les chercheurs ont utilisé des simulations numériques.

"Nous avons été très étonnés des résultats," indique Böhmer. Au lieu d'une frontière autour de la singularité, deux autres types de solutions sont apparus, assez surprenants, qui se substituaient à la singularité.


Un Univers infini ou un pseudo trou de ver

Un des ensembles de réponses ressemblait à ce que l'on appelle un "univers de Nariai", modèle mathématique autorisé par la relativité générale dans lequel l'univers n'est en expansion que dans une seule dimension de l'espace. (Notre propre univers observable apparaît, lui, comme un espace dit de "de Sitter", car il s'étend dans chacune des trois dimensions, de sorte que les galaxies lointaines s'éloignent de nous, peu importe l'endroit que nous regardons dans le ciel).

"L'intérieur du trou noir serait un univers en lui-même," note Böhmer. La matière ne tomberait pas dans une singularité, mais se déplacerait pour toujours dans cet univers de Nariai, qui serait d'une taille infinie bien que contenu à l'intérieur d'un trou noir de taille finie.

L'autre ensemble de solutions découvert par les chercheurs est une connexion, une sorte de tunnel entre la bouche de deux trous noirs. Ce tunnel rappelle un trou de ver, raccourci hypothétique de l'espace-temps connectant deux points éloignés de l'univers. Selon les chercheurs, le destin de la matière à l'intérieur n'est pas très clair, mais il se pourrait qu'elle effectue un va-et-vient éternel entre les deux extrémités du trou noir.


Une instabilité intrinsèque

Selon Carlo Rovelli, du Centre de physique théorique de Marseille, cette nouvelle étude est "un pas en avant significatif". "L'idée d'appliquer la gravitation quantique à boucles pour résoudre la singularité au centre d'un trou noir n'est pas nouvelle, mais elle est désormais plus mature, et on peut effectivement commencer à imaginer concrètement par le calcul, le comportement réel de l'espace-temps quantique au centre d'un trou noir".

Selon d'autres physiciens, ces nouveaux travaux pourraient ne pas véritablement éliminer le problème des singularités dans les trous noirs. Pour eux, un univers de Nariai est intrinsèquement instable, et finalement soit s'effondrerait, soit deviendrait un univers de de Sitter qui lui-même hébergerait des trous noirs.

Et s'il en est ainsi, alors les trous noirs pourraient contenir leurs propres univers, ces univers contiendraient probablement leurs propres trous noirs, qui pourraient contenir leurs propres univers... dans une boucle infinie.


Source: New Scientist Space

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Rick



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MessageSujet: Re: C'est quoi un trou noir ?   Ven 27 Juin - 5:14

Homme curieux a écrit:
Le probleme c'est que en théorie rien ne peut sortir d'un trou noir. Donc Si il y a quelque chose à l'interieur on va avoir des difficultés pour le savoir.
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Rick



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MessageSujet: Re: C'est quoi un trou noir ?   Sam 28 Juin - 2:06

Tives a écrit:
Mise à jour le vendredi 26 octobre 2007 à 15 h 05

Des centaines de trous noirs découverts

Ils existaient en théorie, mais personne ne les avait observés jusqu'à maintenant.

Des astrophysiciens français ont identifié des centaines de trous noirs supermassifs cachés au sein de galaxies très poussiéreuses.

L'équipe de l'Université Paris Diderot a utilisé les télescopes spatiaux Spitzer et Chandra de la NASA pour les identifier.

Réalisée grâce à l'observation d'un millier de galaxies lointaines distantes de 9 à 11 milliards d'années-lumière de la Terre, cette observation tend à prouver qu'il existe des centaines de millions d'autres trous noirs dans l'Univers, soutiennent les chercheurs.

Les observations infrarouges du satellite Spitzer ont montré que 20 % des galaxies observées émettent une quantité anormale de rayonnement infrarouge.

En superposant les images de toutes ces galaxies, il a été possible d'extraire un signal indiquant la présence de quasars en leur sein.

Jusqu'à aujourd'hui, seuls quelques quasars particulièrement énergétiques ou peu absorbés avaient pu être détectés dans l'Univers jeune.

Les trous noirs supermassifs « actifs », dont les plus énergétiques sont des quasars, sont entourés d'un nuage de gaz et de poussières en forme d'anneau et se situent au centre d'une galaxie.

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MessageSujet: Re: C'est quoi un trou noir ?   Sam 28 Juin - 3:07

JusteUneOmbre a écrit:
Citation :
Un monstre accusé de l'extrême chaos régnant dans les trous noirs

Un seul trou noir peut contenir plus de désordre que toutes les étoiles de l'univers réunies. Une nouvelle étude pourrait en expliquer la raison, en établissant une correspondance avec certaines déformations chaotiques dans le tissu de l'espace-temps connues sous le nom de "monstres".

Les scientifiques mesurent le désordre à l'aide d'un nombre appelé entropie - plus l'entropie est élevée, plus le désordre est grand. Toutes les étoiles de l'univers contribuent ensemble pour environ 10^79 unités d'entropie, (un 1 avec 79 zéros derrière). Mais ceci n'est presque rien comparé aux trous noirs.

Dans les années 70, Stephen Hawking a prouvé que les trous noirs émettent un rayonnement aléatoire – le rayonnement de Hawking - qui reflète un état interne fortement désordonné. Une prédiction de sa théorie est que l'entropie du trou noir augmente avec sa superficie.

Cela signifie qu'un seul trou noir super massif, du genre de ceux trouvés aux centres des galaxies, pourrait contenir plus de 10^91 unités d'entropie, mille milliards de fois plus que les étoiles de tout l'univers.


La matière embrouillée au plus haut point

En supposant que la plupart des galaxies contiennent un trou noir super massif, toute l'entropie de l'univers serait d'au moins 10^102. Un nombre étroitement relié au nombre de façons possibles d'arranger la matière et l'énergie dans l'univers - approximativement 2^(10^102). "L'entropie d'un trou noir dépasse extraordinairement n'importe quel autre type de mesure," indique Paul Frampton de l'université de Caroline Nord à Hapell Hill. Frampton et son équipe pensent pouvoir expliquer pourquoi.

Bien que le rayonnement de Hawking implique que les trous noirs contiennent tout ce désordre, les scientifiques ont toujours été embarrassés quant à expliquer son origine. Les étoiles qui s'effondrent et se transforment en trous noirs n'en possèdent pas suffisamment. Comment la matière devient-elle si embrouillée ?

L'équipe de Frampton argue du fait que l'entropie supplémentaire est produite par la nature aléatoire de la physique quantique. Cela devrait parfois permettre à une boule de matière qui s'effondre de se transformer spontanément en quelque chose appelée un "monstre" - une organisation de la matière possédant un désordre maximum, dont les particules se déplacent à grande vitesse dans des directions aléatoires.


Une clé de l'énigme quantique

Ce phénomène ne se produirait que très rarement, et une fois le trou noir formé, il est impossible de savoir s'il est passé par l'étape "monstre" ou non. Mais parce que la mécanique quantique tient compte de tous les résultats possibles, l'entropie du monstre doit être prise en considération quand on calcule l'entropie du trou noir, selon les chercheurs.

Comprendre l'entropie des trous noirs pourrait aider les scientifiques à comprendre la gravitation à un niveau beaucoup plus fondamental, de sorte qu'elle puisse être unifiée à la mécanique quantique pour produire une théorie quantique de la gravitation. "Toute cette discussion est, à un certain niveau, liée à notre compréhension de la gravitation quantique," dit Frampton.

Toutefois de son coté, Thomas Banks, un physicien de l'université de Californie à Santa Cruz, qui a également étudié les problèmes associés à l'entropie des trous noirs, doute que les outils théoriques employés par l'équipe de Frampton soient les bons pour analyser le puzzle. "Je ne pense pas qu'une telle explication [...] explique réellement l'entropie des trous noirs".

L'article des chercheurs est disponible en ligne ici (format pdf en anglais).


Source: NewScientist Space
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MessageSujet: Re: C'est quoi un trou noir ?   Aujourd'hui à 5:11

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