Trous Noirs

Un trou noir est une région de l'espace où la gravité est si intense que rien ne peut s'en échapper. Il naît de l'effondrement du cœur d'une étoile très massive après l'épuisement de son carburant nucléaire.

• Équilibre initial : fusion nucléaire produit de l'énergie → repousse vers l'extérieur
• Fin du carburant : gravité l'emporte → effondrement du cœur
• Naissance : si masse suffisante, formation d'un trou noir

Un trou noir n'est pas un "trou" mais une région où la gravité empêche toute fuite, même de la lumière.

• La vitesse de libération est la vitesse nécessaire pour échapper à un objet.
• Dans un trou noir, cette vitesse dépasse la vitesse de la lumière ($\approx 300\,000$ km/s).
• Comme rien ne peut dépasser la lumière, la lumière reste prisonnière → le trou noir est invisible.

1. Étoile très massive brûle son carburant nucléaire.
2. Explosion en supernova.
3. Effondrement du cœur sous l'effet de la gravité.
4. Formation d'un trou noir si la masse est suffisante.

• Directement : Non, ils sont invisibles.
• Indirectement :
  • Mouvement des étoiles proches.
  • Rayons X émis par le disque d'accrétion chauffé.
  • Effet de lentille gravitationnelle (déformation de la lumière).
  • Ondes gravitationnelles lors de collisions.
• Image de l'ombre : obtenue en 2019 par l'Event Horizon Telescope.

• Selon la relativité générale : plus la gravité est forte, plus le temps ralentit.
• Pour un observateur extérieur :
  • La chute semble ralentir à l'approche de l'horizon.
  • La lumière devient de plus en plus rouge (décalage vers le rouge).
  • L'objet finit par disparaître visuellement.
• Pour la personne qui tombe, le temps s'écoule normalement jusqu'à la singularité.

Le temps est relatif et dépend de la gravité locale.

• Non.
• Un trou noir attire comme un objet de même masse.
• Exemple : si le Soleil devenait un trou noir de même masse, la Terre continuerait sa trajectoire normale.

• Oui, via le rayonnement de Hawking (Stephen Hawking).
• Ce rayonnement est très faible, provoquant une perte lente de masse.
• Pour les trous noirs connus, la durée de vie est bien plus longue que l'âge de l'Univers.

• Détectées pour la première fois en 2015.
• Proviennent de la fusion de deux trous noirs.
• Confirment une prédiction d'Einstein vieille d'un siècle.
• Ouvrent une nouvelle méthode d'observation de l'Univers.

• Masse pouvant atteindre plusieurs dizaines de milliards de masses solaires.
• Situés au centre de galaxies géantes.
• Exemple : trou noir supermassif de la galaxie M87 avec un horizon d'environ 40 milliards de km de diamètre.

• Nature exacte de la singularité.
• Sort de l'information tombant dans un trou noir (paradoxe de l'information).
• Conciliation entre relativité générale et mécanique quantique.
• Existence des trous noirs primordiaux.
• Existence possible des trous de ver (ponts théoriques dans l'espace-temps).

À retenir : Les trous noirs sont des laboratoires naturels où la physique est poussée à ses limites, essentiels pour comprendre l'Univers et ses lois fondamentales.