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LES TROUS NOIRS

LES TROUS NOIRS PRIMORDIAUX ET GALACTIQUES





FORMULE : DETERMINATION DE LA CIRCONFERENCE DE L’HORIZON DES EVENEMENTS

On admettra la formule déterminant la circonférence de l’horizon des évènements d’un trou noir en fonction de sa masse.

- Soit Ch la circonférence de l’horizon des évènements
- Soit m la masse du trou noir considéré
- Soit G la constante de gravitation (6.67.10-11 N.m2.Kg-2)
- Soit c la vitesse de la lumière

eq
Par definition, la vitesse de liberation vaut:
schéma

L'horizon des évenements est décrit par une vitesse de liberation égale à celle de la lumière:
schéma

Or d correspond au rayon de l'horizon:
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1. Formation d’un trou noir

a. Galactiques
Les trous noirs galactiques – ou super massifs – se caractérisent essentiellement par l’importance de leur masse : plusieurs millions de masses solaires (108 Masses Solaires (Mo)). Cependant, on ne connaît pas exactement l’origine de ces objets ; deux hypothèses ont été proposées à leur sujet :

- Ils seraient le résultat d’un effondrement gravitationnel de zones denses et riches en matière (cœur des galaxies, nébuleuses…)
- Ils seraient le résultat d’une longue évolution de trous noirs non massifs (primordiaux, stellaires ou intermédiaires) ayant « grossi » au fil du temps

Quoi qu’il en soit, toutes les galaxies connues présenteraient en leur centre un trou noir super massif. On notera que l’appellation de « trou noir galactique » s’applique à tous les super massifs ; en effet, l’adjectif « galactique » fait référence aux probables origines du trou noir, les quantités de matière nécessaires à sa création étant généralement présentes à l’intérieur d’une galaxie.

D’autre part, leur existence divise la science ; deux hypothèses ont été proposées à leur sujet :
- Ils seraient à l’origine des galaxies, provoquant également de ce fait leur rotation
- Ils seraient la conséquence des galaxies, ces dernières s’effondrant en leur centre


schéma
Dans cette galaxie d'Andromède on prévoie l'existence d'un trou noir en son centre qui peu à peu serait en train de tout absorber

b. Primordiaux
Les trous noirs primordiaux également appelés trous noirs quantiques ou micro trous noirs se sont créés lors du Big-bang, après 10-35 secondes, lors de l’expansion de l’univers primitif. En effet, ces trous noirs ne résultent pas de l’effondrement gravitationnel d’une étoile massive comme le sont les trous noirs stellaires que nous aborderons ci-après, mais par la présence de zones de grande densité rassemblées en sortes de grumeaux qui, dans cet univers, en présence de petites variations, pouvaient entraîner une courbure de l’espace-temps engendrant une précipitation gravitationnelle et la formation de trous noirs. Ils se caractérisent par leur petite taille, d’où leur nom de micro trous noirs. Stephen Hawking démontre, par la mécanique quantique, la possible existence de ces micros trous noirs de la taille d’un proton ou d’un neutron.



c. Origine des Trous noirs stéllaires

Les trous noirs stellaires sont le résidu d’étoiles mortes de plusieurs masses solaires (de 4 à 20 Mo). Les réactions thermonucléaires au coeur d’une étoile compensent par leurs forces répulsives les forces compressives de la gravité. Tout n’est alors qu’une question d’équilibre. Le schéma ci-après expose le cycle de vie d’une étoile, celui-ci étant la conséquence directe du bras de fer entre forces nucléaires et forces gravitationnelles.




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Les trous noirs intermédiaires

Certains trous noirs ne sont pas issus d’un effondrement gravitationnel à proprement dit. En effet, la fusion de deux objets d’un système binaire peut libérer une énergie suffisante à la création d’un trou noir. Par exemple, deux pulsars peuvent se rencontrer et s’effondrer en une singularité.




II. Les trous noirs, le monothéisme de la physiquesuiteB. La demographie des trous noirs
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