Les Trous Noirs

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I. Création et évaporation 1. | La création d'un trou noir ► Fig. 1 : Possibilité de création d'un trou noir Un trou noir peut être créé par l'effondrement d'une étoile massive due à sa force gravitationnelle trop importante, ou par la fusion de deux étoiles à neutrons. Dans le cas où c'est une étoile massive, elle doit avoir une masse minimale de quarante masses solaires pour qu'un trou noir se forme. Pendant son effondrement, l'étoile voit sa masse solaire diminuer en passant de quarante à trois, le reste étant convertit en énergie sous forme de rayon. À ce moment l'étoile provoque une supernova voire, pour les plus énergétique une hypernova. De plus en se condensant, la densité du trou noir formé devient tellement importante que toute la matière s'approchant trop près de celui-ci est attirée. Dans le cas où ces deux étoiles à neutrons, ces étoiles sont appelées « un couple serré d'étoiles à neutrons ». Ces deux étoiles tournent l'un autour de l'autre à une vitesse extrêmement rapide de l'ordre du tiers de la vitesse de la lumière dans le vide aboutissant à une coalescence des deux étoiles formant un trou noir stellaire. Au moment où le trou noir se forme, nous pouvons apercevoir une expulsion d'énergie pure due à l'effondrement d'une étoile ou d'une collision de deux étoiles à neutrons. Comme vu si dessus, ces expulsions sont nommées « Sursaut gamma » et sont perpendiculaire au disque d'accrétion, cette énergie est équivalente à l'énergie de 100 milliards d'étoiles. Nous pouvons aussi apercevoir un disque d'accrétion se situant autour des trous noirs. Les disques d'accrétions sont constitués de gaz surchauffé et quelque fois de poussières en orbite autour de celui-ci que ce soit un trou noir stellaire ou supermassif, et ils sont visibles sur beaucoup d'autres astres dans l'univers. De plus la force gravitationnelle d'un trou noir est si élevé qu'elle provoque une distorsion de l'espacetemps ce qui empêche la matière de sortir de ce gouffre sans fin, et va dévier tous les rayonnements. Les Trous Noirs (TPE) Alexis BOURGADE, Nathan COLON Page 6 sur 14
2. | Leurs suites éventuelles L'évaporation des trous noirs est une théorie de l'astrophysicien Stephen Hawking qui cherchait à démontrer qu'à partir d'un certain stade, les trous noirs finiront par « s'évaporer ». S. Hawking démontre que les trous noirs peuvent aidés au processus de formation des photons, en absorbant de la matière. Cette matière étant composée d’électrons, de noyaux ; supposant qu'un électron virtuel et son antiparticule s'approche trop près d'un trou noir, l'électron sera très vite absorbé par celui-ci mais que son antiparticule réussisse à s'en échapper. Dans le cas présent l’antiélectron qui aura abandonné son partenaire qui était avec lui, celui-ci devra donc errer pendant un temps indéfini pour retrouver un nouvel électron avec qui il se liera. Ces deux particules formeront des photons qui une fois proche du trou noir, absorberont une faible quantité d'énergie grâce à la gravitation de celui-ci, et qui finit par se traduire par une diminution de la masse, d'où le terme « évaporation » utilisé par S. Hawking. De plus, on peut retenir que cette évaporation s’accompagne d'émission de photons, donc des rayonnements électromagnétiques. S. Hawking utilise comme exemple un résidu stellaire d'une masse solaire. Celui-ci a une température d'environ 60 milliardièmes du degrés zéro absolu soit environ une température de -273,149°C. Cette température est inversement proportionnelle à la masse de celle-ci. Donc plus les trous noirs deviennent massifs, plus ils deviennent froids. Cette température est un acteur majeur sur l'évaporation d'après S. Hawking, car seul une différence de température, d'un corps chaud dans un milieu froid, peut provoquer une évaporation. Or, même si les trous noirs étaient complètement isolés dans le vide intergalactique, les trous noirs actuels seraient encore plongés dans le rayonnement fossile ce qui inhibe cette évaporation. C'est la raison pour laquelle aucun potentiel trou noir stellaire ou supermassif n'a pu s'évaporer à l'heure actuelle, car il faudrait que l'un d'entre eux atteigne une température supérieure à 2,7K soit -270,45°C ; ou alors que le rayonnement fossile qui les entoures perde une grande majorité de sa chaleur, pour désinhiber ce processus d'évaporation. Les premiers trous noirs devront voir ce processus d'ici cent milliard de milliard d'années pour les trous noirs stellaire ainsi que pour les résidus, pour les plus gros d'entre eux cela s’estime en milliards de milliard de milliards de milliards d'années. ► Fig. 2 : Stephen Hawking, explorateur des trous noirs et du Big Bang, dans les années 1980. Mais bien qu’extrêmement lent, ce processus d'évaporation ne durera pas éternellement. Avec le temps, la masse diminue et la température augmente, donc le taux d'évaporation s’accentuera en prime. Quand la masse commence à devenir très faible, la température d'un trou noir augmente plus rapidement et Les Trous Noirs (TPE) Alexis BOURGADE, Nathan COLON Page 7 sur 14
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