Leçons de niveau 11

Introduction à la théorie des trous noirs/Formation d'un trou noir

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Formation d'un trou noir
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Chapitre no 2
Leçon : Introduction à la théorie des trous noirs
Chap. préc. :Définition d'un trou noir
Chap. suiv. :Détection des trous noirs
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Aujourd’hui on pense qu’il existe sans doute plusieurs modes de formation des trous noirs. Le mieux connu est le mode de formation provenant des étoiles supergéantes. Une étoile ordinaire mais très massive, des dizaines de fois plus que le Soleil, arrive au terme de sa vie d'étoile ordinaire qui a duré quelques centaines de millions d'années (comparée aux dix milliards d'années pour notre Soleil). Lorsque le noyau de cette étoile a épuisé trop de combustible à cause de la fusion thermonucléaire, le rythme des réactions nucléaires diminue, l’étoile se refroidit et la pression diminue par le fait même. C’est alors que la force gravitationnelle prend le dessus. L’étoile se contracte, se réchauffe à nouveau et commence à brûler la matière restante. L’étoile entre dans un cycle de contractions et de dilatations, puis cette étoile géante rouge explose sous forme de supernovae et projette ses couches périphériques de matière lors de l’explosion. Elle brille alors quelques jours comme si elle avait la luminosité de dix milliards d’étoiles comme notre Soleil.

Le noyau résiduel de l’étoile qui a perdu plus de la moitié de sa masse lors de l’explosion est cependant encore très massif et il subit de ce fait une extraordinaire contraction, il s’effondre sur lui-même en quelques secondes. La matière se comprime rapidement, les atomes se disloquent, leurs protons et leurs électrons fusionnent pour donner des neutrons. Cette matière excessivement dense forme le trou noir. Puisque toute sa matière est concentrée en un seul point, sa densité extrême crée un champ gravitationnel très puissant. Les trous noirs sont donc impossibles à observer parce que même la lumière ne peut s'en échapper. On peut cependant les détecter lorsqu’ils aspirent de la matière.

Un autre mode de formation possible serait la fusion de deux étoiles d’un système d’étoile binaire, c’est-à-dire deux étoiles en orbite l’une autour de l’autre. Si la masse de ces deux étoiles qui entrent en collision dépasse une certaine limite, un trou noir peut alors spontanément se former.

Et pour les trous noirs qui se forment au centre des grandes galaxies, c’est sans doute l’accrétion de grandes quantités de gaz, de matières et d’étoiles géantes rouges entières qui entraîne la formation et l’accroissement progressif de la masse de ces trous noirs galactiques. La plupart des grandes galaxies semblent avoir en leur centre un trou noir géant.