Trou noir
DIVERS
+ DE 2 ANS
Le 03/10/2005 à 16h15
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Question d'origine :
Le magazine « écoute » a publié une information que vous avez une service « Guichet du savoir » et que vous répondez à toutes des questions, Merci ! C’est fantastique.
Me voilà :
Un trou noir peut attirer des objets avec la vitesse de la lumière (en principe), n’est ce pas ? Supposons que sa masse se double, est-ce que les objets sont attirés plus fort et avec une vitesse augmentée, qui pourrait dépasser même la vitesse de la lumière ?
Salutations,
Réponse du Guichet
anonyme
- Département : Équipe du Guichet du Savoir
Le 04/10/2005 à 08h19
Vers 1796 le marquis Pierre Simon de Laplace, astronome, mathématicien et physicien français, passionné par la mécanique céleste et la gravitation considère la possibilité d’obtenir un corps condensé avec une force de gravité assez grande pour que la vitesse d’échappement de ce corps soit égale à celle de la lumière. Il est donc le premier à envisager la possibilité de l’existence de trous noirs. Il écrivait : "Un astre lumineux, de la même densité que la Terre, et dont le diamètre serait 250 fois plus grand que le Soleil, ne permettrait, en vertu de son attraction, à aucun de ses rayons de parvenir jusqu'à nous. Il est dès lors possible que les plus grands corps lumineux de l'univers puissent, par cette cause, être invisibles". Ainsi naquit le concept du trou noir, mais la démonstration mathématique de Laplace semblait fantaisiste aux yeux des astronomes de l’époque.
Le concept de trou noir sera ainsi oublié durant plus d'un siècle. Il réapparut au XXe siècle, lorsqu’Albert Einstein posa les principes de la relativité générale. Mais ce n’est qu’en 1971 que la découverte du premier candidat au titre de trou noir, Cygnus X-1, fut annoncé.
Un trou noir, ce n’est rien d’autre qu’un objet cosmologique, au même titre que notre planète, notre soleil ou notre galaxie. La différence se trouve dans sa densité; elle est des milliards de fois supérieure à tous les corps que nous connaissons.
Un trou noir est donc un résidu d’étoile après la mort de celle-ci. Ce résidu est ce qu’on appelle une étoile à neutrons. Lorsqu’une étoile très massive explose sous forme de supernovae à la fin de sa vie, si la masse de son résidu vaut plus de trois fois la masse du Soleil, la vitesse de libération s’approche alors de la vitesse de la lumière. L’attraction de l’étoile à neutrons est alors si intense que rien, même pas la lumière, ne peut s’en échapper. Le résidu d’étoile est donc devenue un trou noir au lieu d’une simple étoile à neutrons. Toute la matière se contracte en un point infime de très grande densité.
Le premier candidat trou noir Cygnus X-1 détecté en 1971 est situé dans la galaxie NGC 4261. La galaxie a été photographié en lumière visible par le télescope spatial Hubble en 1992. On pense que le centre de cette galaxie serait donc un trou noir. La matière y tourbillonne comme si elle était prise dans un grand typhon: elle s’échauffe lorsqu’elle s’approche d’un centre invisible. Seule la présence d’un trou noir pourrait expliquer ce phénomène.
source : Cours d'astronomie du Cégep Saint-Jérôme - Québec.
Même sans tenir compte de la vitesse de libération, la vitesse d'attraction reste très inférieure à la vitesse de la lumière :
On sait de nos jours que l’on retrouve des trous noirs au centre des grandes galaxies.
En suivant la trajectoire de six étoiles entre 1995 (blancs) et 1999 (rouges), Andrea Ghez et John Kormendy ont confirmé en 2000 l’existence d’un trou noir supermassif au centre de notre galaxie (croix rouge).
Attirées par le trou noir, certaines étoiles tournent autour de lui à plus de 1 500 km/s, soit 50 fois plus vite que la terre autour du Soleil, et ne cessent d’accélérer. Certaines auraient même déjà atteint 4,8 millions de km/h.
Cette vitesse demeure très inférieure à la vitesse de la lumière qui est approximativement de 300 000 kilomètres par
(...) pour devenir un trou noir, un corps de masse M doit subir un effondrement gravitationnel en se contractant sous l’effet de son propre poids, jusqu’à ce qu’il atteigne un rayon appelé le rayon de Schwarzschild. Ce rayon est calculé à l’aide de l’équation suivante : Rs = 2 G M / c ²
où :
G : la constante gravitationnelle (6,67 x 10 – 11 N m²/ kg²)
c : la vitesse de la lumière (3 x 10 puissance 8 m/s)
M : la masse du corps en question (en kg).
Rs = rayon de Schwarzschild
Doubler la masse originelle ne fait qu'accroître le rayon du trou noir, donc l'étendue de son attraction, pas la vitesse.
Quoiqu'il en soit, une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière demeure hypothétique :
En fin de compte, lorsqu'un objet matériel, ou de l'information, va "plus vite que la lumière", il s'agit toujours, soit d'une simple illusion (due par exemple au décalage temporel induit par le temps que met la lumière pour arriver jusqu'à nous), soit d'un dépassement de la vitesse de la lumière dans un milieu particulier,
Dépasser réellement la vitesse de la lumière dans le vide fait pourtant rêver... et pas seulement les écrivains de science-fiction! Ainsi, le mot de "tachyon" est né et désigne une hypothétique particule superluminique... les tachyons ont donné lieu à un certain nombre d'articles scientifiques : de masse imaginaire, ou éventuellement négative, afin de faire "coller" leur existence avec les théories et les résultats actuels, ils auraient des propriétés assez "exotiques", comme celle de ne pouvoir aller moins vite que la lumière, ou celle d'accélérer lorsqu'ils perdent de l'énergie.
Leur existence ne serait pas forcément contradictoire avec les résulats des expériences actuelles, toutefois, ils n'ont jusqu'à présent jamais été observés... Aller "vraiment" plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide reste donc jusqu'à présent du domaine du rêve, mais nul doute que si jamais un tachyon était réellement observé, il s'agirait d'une véritable révolution dans le monde de la science.
source : ENS Lyon.
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