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AstrophysiqueD�finition sous licence CC-BY-SA 3.0
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Trou noir
Trou noir th�orie quantique des champs historique des trous noirs formation des trous noirs lentille gravitationnelle Tweeter
Image simul�e d’un trou noir stellaire situ� � quelques dizaines de kilom�tres d’un observateur et dont l’image se dessine sur la vo�te c�leste dans la direction du Grand Nuage de Magellan. L’image de celui-ci appara�t d�doubl�e sous la forme de deux arcs de cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est...), en raison de l’effet de lentille gravitationnelle (Les lentilles gravitationnelles d�forment l'image que l'on re�oit d'un objet astronomique comme une galaxie.) fort. La Voie lact�e (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le...) qui appara�t en haut de l’image est �galement fortement distordue, au point (Graphie) que certaines constellations sont difficiles � reconna�tre, comme par exemple la Croix du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) (au niveau de l’�toile (Une �toile est un objet c�leste �mettant de la lumi�re de fa�on autonome, semblable � une �norme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'�toile la plus proche de la Terre.) orange lumineuse, Gacrux, en haut � gauche de l’image) dont la forme de croix caract�ristique est m�connaissable. Une �toile relativement peu lumineuse (HD 49359, magnitude apparente (En astronomie, la magnitude apparente mesure la luminosit� — depuis la Terre — d'une �toile, d'une plan�te ou d'un autre objet c�leste. Cette grandeur a la...) 7,5) est situ�e presque exactement derri�re le trou noir (Le Trou noir (The Black Hole) est un film de science-fiction réalisé par Gary Nelson, produit par la Walt Disney Pictures et sorti en 1979. L'histoire...). Elle appara�t ainsi sous la forme d’une image double, dont la luminosit� (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) apparente est extraordinairement amplifi�e, d’un facteur d’environ 4 500, pour atteindre une magnitude apparente de -1,7. Les deux images de cette �toile, ainsi que les deux images du Grand Nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la...) sont situ�es sur une zone circulaire entourant le trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de...), appel�e anneau d’Einstein. En astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets...), un trou noir est un objet (De mani�re g�n�rale, le mot objet (du latin objectum, 1361) d�signe une entit� d�finie dans un espace � trois dimensions, qui a une fonction pr�cise, et qui peut �tre d�sign� par une �tiquette verbale. Il est d�fini par...) massif (Le mot massif peut �tre employ� comme :) dont le champ (Un champ correspond � une notion d'espace d�fini:) gravitationnel est si intense qu’il emp�che toute forme de mati�re (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) ou de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de s’en �chapper. De tels objets n’�mettent donc pas de lumi�re (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) et sont alors noirs. Les trous noirs sont d�crits par la th�orie de la relativit� (Cet article traite de la th�orie de la relativit� � travers les �ges. En physique, la notion de relativit� date de Galil�e. Les travaux d'Einstein en ont fait un...) g�n�rale. Ils ne sont pas directement observables, mais plusieurs techniques d’observation (L’observation est l’action de suivi attentif des ph�nom�nes, sans volont� de les modifier, � l’aide de moyens d’enqu�te et d’�tude...) indirecte dans diff�rentes longueurs d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation r�versible de propri�t�s physiques locales. Elle transporte de l'�nergie sans...) ont �t� mises au point et permettent d’�tudier les ph�nom�nes qu’ils induisent sur leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des �l�ments naturels et artificiels au sein duquel se d�roule la vie humaine. Avec les enjeux �cologiques actuels, le terme environnement tend actuellement � prendre une dimension de...). En particulier, la mati�re qui est happ�e par un trou noir est chauff�e � des temp�ratures consid�rables avant d'�tre engloutie et �met de ce fait une quantit� (La quantit� est un terme g�n�rique de la m�trologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre mani�re de d�nommer la valeur d’une collection...) importante de rayons X. Ainsi, m�me si un trou noir n'�met pas lui-m�me de rayonnement, il peut n�anmoins �tre d�tectable par son action sur son environnement. L'existence des trous noirs est une certitude pour la quasi-totalit� de la communaut� scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre � l'�tude d'une science ou des sciences et qui se consacre � l'�tude d'un domaine avec la rigueur et les m�thodes scientifiques.) concern�e (astrophysiciens et physiciens th�oriciens). Pr�sentation et terminologie Un trou noir poss�de une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) donn�e (Dans les technologies de l'information (TI), une donn�e est une description �l�mentaire, souvent cod�e, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un �v�nement, etc.), qui est concentr�e en un point, appel� singularit� (D'une mani�re g�n�rale, le mot singularit� d�crit le caract�re singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En particulier, le terme est employ� dans les domaines...) gravitationnelle. Cette masse permet de d�finir une sph�re (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point appelé centre. La valeur de...) appel�e horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se d�cline en...) du trou noir, centr�e sur la singularit� et dont le rayon est une limite maximale en de�� duquel le trou noir emp�che tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) rayonnement de s’�chapper. Cette sph�re repr�sente en quelque sorte l’extension spatiale du trou noir. Pour un trou noir de masse �gale � la masse du Soleil (Soleils est une association à but humanitaire implantée sur le campus de Supélec (École Supérieure d'Electricité).), le rayon vaut environ 3 kilom�tres[1]. � une distance interstellaire (en millions de kilom�tres), un trou noir n’exerce pas plus d’attraction que n’importe quel autre corps de m�me masse�; il ne s’agit donc pas d’un "�aspirateur�" irr�sistible. Par exemple, si le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) se trouvait remplac� par un trou noir de m�me masse, les orbites de ses plan�tes resteraient inchang�es. Il existe plusieurs sortes de trous noirs. Lorsqu’ils se forment � la suite de l’effondrement gravitationnel d’une �toile, on parle de trou noir stellaire (Un trou noir stellaire r�sulte de l'effondrement d'une �toile massive sur elle m�me. Cet effondrement se manifeste directement l'apparition d'une supernova, possiblement...). Quand on les trouve au centre des galaxies, ils ont une masse pouvant aller jusqu’� plusieurs milliards de masses solaires et on parle alors de trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million � un milliard de masses solaires. C'est le type de trou noir le plus...) (ou trou noir galactique). Entre ces deux �chelles de masse, on pense qu’il existe des trous noirs interm�diaires avec une masse de quelques milliers de masses solaires. Des trous noirs de masse bien plus faible, qui auraient �t� form�s au d�but de l’histoire de l’univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), au Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...), sont aussi envisag�s, et sont appel�s trous noirs primordiaux. Leur existence n’est � l’heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y...) actuelle pas confirm�e. Il est difficile d’observer directement un trou noir. Il est cependant possible de d�duire sa pr�sence par son action gravitationnelle sur son environnement, notamment au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères qui englobe...) des microquasars et des noyaux actifs de galaxies, o� de la mati�re � proximit� tombant sur le trou noir va se trouver consid�rablement chauff�e et �mettre un fort rayonnement X. Les observations permettent ainsi de d�celer l’existence d’objets massifs et de tr�s petite taille. Les seuls objets que ces observations impliquent, et qui sont compatibles dans le cadre de la relativit� g�n�rale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels...), sont les trous noirs. Historique Le concept de trou noir a �merg� � la fin du XVIIIe�si�cle dans le cadre de la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) universelle d’Isaac Newton (Sir Isaac Newton �tait un philosophe, math�maticien, physicien et astronome anglais n� le 4 janvier 1643 du calendrier gr�gorien[1] au manoir de Woolsthorpe pr�s de Grantham et mort le 31 mars...). La question �tait de savoir s’il existait des objets dont la masse �tait suffisamment grande pour que leur vitesse de lib�ration (La vitesse de lib�ration (aussi appel�e vitesse d'�vasion, vitesse parabolique, vitesse de fuite, ou vitesse d'�chappement, en anglais escape velocity) d'une plan�te est la vitesse qui, si elle est impartie � un objet conduira � ce...) soit plus grande que la vitesse de la lumi�re (La vitesse de la lumi�re (299 792 458 m/s) a �t� mesur�e d�s le XVIIe si�cle par l'astronome danois Ole Christensen R�mer qui avait observ� en 1676 un retard de quinze minutes dans l'occultation pr�dite d'Io, un satellite de Jupiter et...). Cependant, ce n’est qu’au d�but du XXe�si�cle et avec l’av�nement de la relativit� g�n�rale d’Albert Einstein (Albert Einstein (né le 14 mars 1879 à Ulm, Wurtemberg, et mort le 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey) est un physicien qui...) que le concept de trou noir devient plus qu’une curiosit�. En effet, peu apr�s la publication des travaux d’Einstein, une solution de l’�quation (En math�matiques, une �quation est une �galit� qui lie diff�rentes quantit�s, g�n�ralement pour poser le probl�me de leur identit�. R�soudre l'�quation consiste �...) d’Einstein impliquant l’existence d’un trou noir central est publi�e par Karl Schwarzschild[2]. Les travaux fondamentaux sur les trous noirs remontent aux ann�es 1960, pr�c�dant de peu les premi�res indications observationnelles solides en faveur de leur existence. La premi�re "�observation�"[3],[4] d’un objet contenant un trou noir fut celle de la source de rayons X Cygnus X-1 (En astronomie, Cygnus X-1 est une binaire X et fut le premier candidat trou noir.) par le satellite (Satellite peut faire r�f�rence � :) Uhuru en 1971. Le terme de "�trou noir�" a �merg� dans le courant des ann�es 1960, par l’interm�diaire du physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de...) am�ricain Kip Thorne. Auparavant, on utilisait les termes de "�corps de Schwarzschild�" ou d’"�astre occlus�". � noter que le terme de "�trou noir�" a rencontr� des r�ticences dans certaines communaut�s linguistiques, notamment francophones et russophones, qui le jugeaient quelque peu inconvenant[5]. Propri�t�s Un trou noir est un objet astrophysique comme un autre. Il se caract�rise par le fait qu’il est tr�s difficile � observer directement (voir ci-dessous), et que sa r�gion centrale ne peut �tre d�crite de fa�on satisfaisante par les th�ories physiques en leur �tat du d�but du XXIe�si�cle car elle abrite une singularit� gravitationnelle. Cette derni�re ne peut �tre d�crite que dans le cadre d’une th�orie (Le mot th�orie vient du mot grec theorein, qui signifie � contempler, observer, examiner �. Dans le langage courant, une th�orie est une id�e ou une connaissance sp�culative, souvent bas�e...) de la gravitation quantique, manquante � ce jour (Le jour ou la journ�e est l'intervalle qui s�pare le lever du coucher du Soleil ; c'est la p�riode entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil �clairent le ciel. Son d�but (par rapport � minuit heure...)[6]. Par contre, on sait parfaitement d�crire les conditions physiques qui r�gnent dans son voisinage (La notion de voisinage correspond � une approche axiomatique �quivalente � celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuit� qui s'entend ici...) imm�diat, de m�me que son influence sur son environnement, ce qui permet de les d�tecter par diverses m�thodes indirectes. Par ailleurs, les trous noirs sont �tonnants en ce qu’ils sont d�crits par un tr�s petit nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de param�tres. En effet, leur description, dans l’univers dans lequel nous vivons, ne d�pend que de trois param�tres�: la masse, la charge �lectrique (La charge �lectrique est une propri�t� fondamentale de la mati�re qui respecte le principe de conservation.) et le moment cin�tique (Le mot cin�tique fait r�f�rence � la vitesse.). Tous les autres param�tres du trou noir (par exemple sa taille ou sa forme) sont fix�s par ceux-l�. Par comparaison, la description d’une plan�te (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne...) fait intervenir des centaines de param�tres (composition chimique, diff�renciation de ses �l�ments, convection (La convection est un mode de transfert de chaleur o� celle-ci est advect�e (transport�e-conduite, mais ces termes sont en fait impropres) par au moins un fluide. Ainsi durant la cuisson des p�tes,...), atmosph�re (Le mot atmosph�re peut avoir plusieurs significations :), etc.). La raison pour laquelle un trou noir n’est d�crit que par ces trois param�tres est connue depuis 1967�: c’est le th�or�me (Un th�or�me est une proposition qui peut �tre math�matiquement d�montr�e, c'est-�-dire une assertion qui peut �tre �tablie comme vraie au travers d'un raisonnement logique construit � partir d'axiomes. Un th�or�me est � distinguer...) de calvitie d�montr� par Werner Isra�l. Celui-ci explique que les seules interactions fondamentales � longue port�e �tant la gravitation et l’�lectromagn�tisme (L'�lectromagn�tisme est une branche de la physique qui fournit un cadre tr�s g�n�ral d'�tude des ph�nom�nes �lectriques et magn�tiques dans leur synth�se du champ �lectromagn�tique : le champ �lectromagn�tique est produit par les sources...), les seules propri�t�s mesurables des trous noirs sont donn�es par les param�tres d�crivant ces interactions, � savoir la masse, le moment cin�tique et la charge (La charge utile (payload en anglais�; la charge payante) repr�sente ce qui est effectivement transport� par un moyen de transport donn�, et qui donne lieu � un paiement ou un b�n�fice non p�cuniaire pour �tre...) �lectrique. Pour un trou noir, la masse et la charge �lectrique sont des propri�t�s habituelles que d�crit la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne...) classique (i.e. non-relativiste)�: le trou noir poss�de un champ gravitationnel proportionnel � sa masse et un champ �lectrique (Dans le cadre de l'�lectromagn�tisme, le champ �lectrique est un objet physique qui permet de d�finir et �ventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exerc�e � distance par des...) proportionnel � sa charge. L'influence du moment cin�tique est par contre sp�cifique � la relativit� g�n�rale. Celle-l� stipule (En botanique, les stipules sont des pi�ces foliaires, au nombre de deux, en forme de feuilles r�duites situ�e de part et d'autre du p�tiole, � sa base, au point d'insertion sur la tige.) en effet qu'un corps en rotation va avoir tendance � "�entra�ner�" l'espace-temps (La notion d'espace-temps a �t� introduite par Minkowski en 1908 dans un expos� math�matique sur la g�om�trie de l'espace et du temps telle qu'elle avait �t� d�finie par la th�orie de la...) dans son voisinage. Ce ph�nom�ne, non encore observ� � l'heure actuelle dans le syst�me solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis...) en raison de son extr�me faiblesse pour des astres non compacts, est connu sous le nom d'effet Lense-Thirring (aussi appel� frame dragging, en anglais)[7]. Il prend une amplitude (Dans cette simple �quation d’onde :) consid�rable au voisinage d'un trou noir en rotation, au point qu'un observateur situ� dans son voisinage imm�diat serait in�vitablement entra�n� dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie...) de rotation du trou noir. La r�gion o� ceci se produit est appel�e ergor�gion. Quatre types th�oriques possibles… Types th�oriques de trous noirs en fonction du moment cin�tique (J) et de la charge �lectrique (Q). La masse (M) est toujours strictement positive. � M > 0 � J = 0 J ≠ 0 Q = 0 Schwarzschild Kerr Q ≠ 0 Reissner-Nordstr�m Kerr-Newman Un trou noir poss�de toujours une masse non nulle. En revanche, ses deux autres caract�ristiques, � savoir le moment cin�tique (rotation) et la charge �lectrique, peuvent en principe prendre des valeurs nulles (c’est-�-dire �gales � z�ro) ou non nulles. La combinaison (Une combinaison peut �tre :) de ces �tats permet de d�finir quatre types de trous noirs. Quand la charge �lectrique et le moment cin�tique sont nuls, on parle de trou noir de Schwarzschild, du nom de Karl Schwarzschild qui le premier a mis en �vidence ces objets comme solutions des �quations de la relativit� g�n�rale (les �quations d'Einstein), en 1916. Quand la charge �lectrique est non nulle et le moment cin�tique nul, on parle de trou noir de Reissner-Nordstr�m. Ces trous noirs ne pr�sentent pas d’int�r�t astrophysique notable car aucun processus connu ne permet de fabriquer un objet compact conservant durablement une charge �lectrique significative�; celle-ci se dissipe normalement rapidement par absorption ( En optique, l'absorption se r�f�re au processus par lequel l'�nergie d'un photon est prise par une autre entit�, par exemple, un atome qui fait une transition entre deux niveaux d'�nergie �lectronique....) de charges �lectriques oppos�es prises � son environnement[8]. Un trou noir de Reissner-Nordstr�m est donc un objet th�orique tr�s improbable dans la nature. Si le trou noir poss�de un moment cin�tique (c’est-�-dire qu’il est en rotation sur lui-m�me) mais n’a pas de charge �lectrique, on parle de trou noir de Kerr, du nom du math�maticien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute personne faisant des mathématiques la base de son...) n�o-z�landais Roy Kerr qui a trouv� la formule d�crivant ces objets en 1963. Contrairement aux trous noirs de Reissner-Nordstr�m et de Schwarzschild, les trous noirs de Kerr pr�sentent un int�r�t astrophysique consid�rable, car les mod�les de formation et d’�volution des trous noirs indiquent que ceux-ci ont tendance � absorber la mati�re environnante par l’interm�diaire d’un disque (Le mot disque est employ�, aussi bien en g�om�trie que dans la vie courante, pour d�signer une forme ronde et r�guli�re, � l'image d'un palet — discus en latin.) d’accr�tion (L'accr�tion d�signe en astrophysique, en g�ologie et en m�t�orologie l'accroissement par apport de mati�re.) dans lequel la mati�re tombe en spiralant toujours dans le m�me sens dans le trou noir. Ainsi, la mati�re communique du moment cin�tique au trou noir qui l’engloutit. Les trous noirs de Kerr sont donc les seuls que l’on s’attend r�ellement � rencontrer en astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue...). Cependant, il reste possible que des trous noirs � moment cin�tique tr�s faible, s’apparentant en pratique � des trous noirs de Schwarzschild, existent. La version �lectriquement charg�e du trou noir de Kerr, dot�e comme lui d’une rotation, est connue sous le nom de trou noir de Kerr-Newman et ne pr�sente comme le trou noir de Reissner-Nordstr�m ou celui de Schwarzschild que peu d’int�r�t astrophysique eu �gard � sa tr�s faible probabilit� (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est...). …Et une multitude d’autres D’un point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) th�orique, il peut exister une multitude d’autres types de trous noirs avec des propri�t�s diff�rentes. Par exemple, il existe un analogue du trou noir de Reissner-Nordstr�m, mais en rempla�ant la charge �lectrique par une charge magn�tique, c’est-�-dire cr��e par des monop�les magn�tiques, dont l’existence reste extr�mement hypoth�tique � ce jour. On peut de m�me g�n�raliser le concept de trou noir � des espaces comprenant plus de trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie � la taille ; les dimensions d'une pi�ce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son �paisseur, ou bien son diam�tre si c'est une pi�ce de r�volution.). Ceci permet d’exhiber des types de trous noirs ayant des propri�t�s parfois diff�rentes de celles des trous noirs pr�sent�s ci-dessus[9]. Le trou et le noir… L’existence des trous noirs est envisag�e d�s le XVIIIe�si�cle[10]. Il s’agissait alors d’objets pr�dits comme tellement denses que leur vitesse (On distingue :) de lib�ration �tait sup�rieure � la vitesse de la lumi�re — c’est-�-dire que m�me la lumi�re ne peut vaincre leur force (Le mot force peut d�signer un pouvoir m�canique sur les choses, et aussi, m�taphoriquement, un pouvoir de la volont� ou encore une vertu morale � cardinale � �quivalent au...) gravitationnelle. Plut�t qu’une telle force (qui est un concept newtonien), il est plus juste de dire que la lumi�re subit en fait un d�calage vers le rouge (Le d�calage vers le rouge ou redshift est un ph�nom�ne astronomique de d�calage vers les grandes longueurs d'onde des raies spectrales et de l'ensemble du...) infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus, « limité »), est un adjectif servant à qualifier quelque chose qui n'a pas de limite en nombre ou en taille.). Ce d�calage vers le rouge (La couleur rouge r�pond � diff�rentes d�finitions, selon le syst�me chromatique dont on fait usage.) est d’origine gravitationnelle�: la lumi�re perd la totalit� de son �nergie (Dans le sens commun l'�nergie d�signe tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumi�re, de produire un mouvement.) en essayant de sortir du puits de potentiel d’un trou noir. Ce d�calage vers le rouge est donc d’une nature quelque peu diff�rente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace,...) de celui d� � l’expansion de l’univers, que l’on observe pour les galaxies lointaines et qui r�sulte d’une expansion d’un espace ne pr�sentant pas de puits de potentiels tr�s profonds. De cette caract�ristique provient l’adjectif "�noir�", puisqu’un trou noir ne peut �mettre de lumi�re. Ce qui est valable pour la lumi�re l’est aussi pour la mati�re�: aucune particule ne peut s’�chapper d’un trou noir une fois captur�e par celui-ci, d’o� le terme de "�trou�" fort appropri�. Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se d�cline en physique, philosophie, litt�rature, et bien...) des �v�nements La zone qui d�limite la r�gion d’o� lumi�re et mati�re ne peuvent s’�chapper, est appel�e "�horizon des �v�nements�". On parle parfois de "�surface�" du trou noir, quoique le terme soit quelque peu impropre (il ne s’agit pas d’une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) solide ou gazeuse comme la surface d’une plan�te ou d’une �toile). Il ne s’agit pas d’une r�gion qui pr�sente des caract�ristiques particuli�res�: un observateur qui franchirait l’horizon ne ressentirait rien de sp�cial � ce moment-l� (voir ci-dessous). Par contre, il se rendrait compte qu’il ne peut plus s’�chapper de cette r�gion s’il essayait de faire demi-tour. C'est une sorte de point de non retour. En substance, c’est une situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier...) qui est un peu analogue � celle d’un baigneur qui s’�loignerait de la c�te. Si par exemple le baigneur ne peut nager que deux kilom�tres, il ne ressentira rien s’il s’�loigne � plus d’un kilom�tre (Le m�tre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unit� de base de longueur du Syst�me international. Il est d�fini comme la distance parcourue par la lumi�re dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) de la c�te. Par contre, s’il fait demi-tour, il se rendra compte qu’il n’a pas assez d’�nergie pour atteindre la rive. En revanche, un observateur situ� au voisinage de l’horizon remarquera que le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) s’�coule diff�remment pour lui et pour un observateur situ� loin du trou noir. Si ce dernier lui envoie des signaux lumineux � intervalles r�guliers (par exemple une seconde), alors l’observateur proche du trou noir recevra des signaux plus �nerg�tiques (la fr�quence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...) des signaux lumineux sera plus �lev�e, cons�quence du d�calage vers le bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand � blao � = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosit� du cyan � une teinte plus sombre comme...) subi par la lumi�re qui tombe vers le trou noir), et les intervalles de temps s�parant deux signaux cons�cutifs seront plus rapproch�s (moins d’une seconde ( Seconde est le f�minin de l'adjectif second, qui vient imm�diatement apr�s le premier ou qui s'ajoute � quelque chose de nature identique. La seconde est...), donc). Cet observateur aura donc l’impression que le temps s’�coule plus vite pour son confr�re rest� loin du trou noir que pour lui. � l’inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel...), l’observateur rest� loin du trou noir verra son coll�gue �voluer de plus en plus lentement, le temps chez celui-ci donnant l’impression de s’�couler plus lentement. Si l’observateur distant voit un objet tomber dans un trou noir, les deux ph�nom�nes de dilatation (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionn� par son r�chauffement, g�n�ralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation � pression constante ou maintien du volume et augmentation de la pression.) du temps et de d�calage vers le rouge vont se combiner. Les �ventuels signaux �mis par l’objet seront de plus en plus rouges, de moins en moins lumineux (la lumi�re �mise perd de plus en plus d’�nergie avant d’arriver � l’observateur lointain), et de plus en plus espac�s. En pratique, le nombre de photons (En physique des particules, le photon est la particule �l�mentaire m�diatrice de l'interaction �lectromagn�tique. Autrement dit, lorsque deux particules charg�es �lectriquement...) re�us par l’observateur distant va d�cro�tre tr�s rapidement, jusqu’� devenir nul�: � ce moment-l� l’objet en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de...) de chuter dans le trou noir est devenu invisible. M�me si l’observateur distant tente d’approcher l’horizon en vue de r�cup�rer l’objet qu’il a eu l’impression de voir s’arr�ter juste avant l’horizon, celui-ci demeurera invisible[11]. Pour un observateur s’approchant d’une singularit�, ce sont les effets de mar�e (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de...) qui vont devenir importants. Ces effets, qui d�terminent les d�formations d’un objet (le corps d’un astronaute (Un astronaute est le nom donné à une personne qui voyage ou ayant voyagé dans l'espace. Le terme désigne généralement un professionnel, pilote ou passager d'un véhicule spatial. Youri...), par exemple) du fait des inhomog�n�it�s du champ gravitationnel, seront in�luctablement ressentis par un observateur s’approchant de trop pr�s d’un trou noir ou d’une singularit�. La r�gion o� ces effets de mar�e deviennent importants est enti�rement situ�e dans l’horizon pour les trous noirs supermassifs, mais empi�te notablement hors de l’horizon pour des trous noirs stellaires[12]. Ainsi, un observateur s’approchant d’un trou noir stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) serait d�chiquet� avant de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) l’horizon, alors que le m�me observateur qui s’approcherait d’un trou noir supermassif passerait l’horizon sans encombre. Il serait par contre in�luctablement d�truit ensuite par les effets de mar�e. Singularit� Au centre d’un trou noir se situe une r�gion dans laquelle le champ gravitationnel et les distorsions de l’espace (on parle plut�t de courbure (Intuitivement, courbe s'oppose � droit : la courbure d'un objet g�om�trique est une mesure quantitative du caract�re � plus ou moins courb� � de cet objet. Par...) de l’espace) deviennent infinis. Cette r�gion s’appelle une singularit� gravitationnelle. La description de cette r�gion est d�licate dans le cadre de la relativit� g�n�rale puisque celle-ci ne peut d�crire des r�gions o� la courbure devient infinie. De plus, la relativit� g�n�rale est une th�orie qui ne peut pas incorporer en g�n�ral des effets gravitationnels d’origine quantique. Or quand la courbure tend vers l’infini, on peut montrer que celle-ci est n�cessairement sujette � des effets de nature quantique. Par cons�quent, seule une th�orie de la gravitation incorporant tous les effets quantiques (on parle alors de gravitation quantique) est en mesure de d�crire correctement les singularit�s gravitationnelles. La description d’une singularit� gravitationnelle est donc pour l’heure probl�matique [6]. N�anmoins, tant que celle-ci est situ�e � l’int�rieur d’un trou noir, elle ne peut influencer l’ext�rieur d’un trou noir, de la m�me fa�on que de la mati�re situ�e � l’int�rieur d’un trou noir ne peut en ressortir. Ainsi, aussi myst�rieuses que soient les singularit�s gravitationnelles, notre incapacit� � les d�crire, signe de l’existence de limitations de la relativit� g�n�rale � d�crire tous les ph�nom�nes gravitationnels, n’emp�che pas la description des trous noirs pour la partie situ�e de notre c�t� de l’horizon des �v�nements (L'horizon des �v�nements est constitu� par la r�gion de l'espace-temps dans laquelle un �v�nement peut-�tre per�u par un observateur.). Formation des trous noirs (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il emp�che toute forme de mati�re ou de rayonnement de...) La possibilit� de l’existence des trous noirs n’est pas une cons�quence exclusive de la relativit� g�n�rale�: la quasi-totalit� des autres th�ories de la gravitation physiquement r�alistes permet �galement leur existence. La relativit� g�n�rale, � l’instar de la plupart de ces autres th�ories de la gravit� (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), non seulement pr�dit que les trous noirs peuvent exister, mais aussi qu’ils seront form�s partout o� suffisamment de mati�re peut �tre compact�e dans une r�gion de l’espace. Par exemple, si l’on compressait le Soleil dans une sph�re d’environ trois kilom�tres de rayon (soit � peu pr�s quatre millioni�mes de sa taille), il deviendrait un trou noir. Si la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par...) �tait compress�e dans un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de quelques centim�tres cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace....), elle deviendrait �galement un trou noir. Pour l’astrophysique, un trou noir peut �tre consid�r� comme le stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι ist�mi, � se tenir droit et ferme �) est un �quipement sportif.) ultime d’un effondrement gravitationnel. Les deux stades de la mati�re qui, en terme de compacit�, pr�c�dent l’�tat de trou noir, sont ceux atteints par exemple par les naines blanches et les �toiles � neutrons. Dans le premier cas, c’est la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de d�g�n�rescence des �lectrons qui maintient la naine blanche dans un �tat d’�quilibre face � la gravit�. Dans le second, il ne s'agit pas de la pression de d�g�n�rescence des nucl�ons, mais de l'interaction (Une interaction est un �change d'information, d'affects ou d'�nergie entre deux agents au sein d'un syst�me. C'est une action r�ciproque qui suppose l'entr�e en...) forte qui maintient l’�quilibre[13]. Un trou noir ne peut se former suite � l'effondrement d'une naine blanche�: celle-ci, en s'effondrant initie des r�actions nucl�aires qui forment des nucl�ons plus lourds que ceux qui la composent[14]. Ce faisant, le d�gagement d'�nergie qui en r�sulte est suffisant pour disloquer compl�tement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant...) la naine blanche, qui explose en supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais...) dite thermonucl�aire (ou de type Ia). Un trou noir se forme lorsque la force de gravit� est suffisamment grande pour d�passer l’effet de la pression, chose qui se produit quand l'astre prog�niteur d�passe une certaine masse critique. Dans ce cas, plus aucune force connue ne permet de maintenir l’�quilibre, et l’objet en question s’effondre compl�tement. En pratique, plusieurs cas de figures sont possibles�: soit une �toile � neutrons accr�te de la mati�re issue d'une autre �toile, jusqu'� atteindre une masse critique, soit elle fusionne avec une autre �toile � neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge �lectrique (ni positive, ni n�gative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du noyau de l'atome....) (ph�nom�ne a priori beaucoup plus rare), soit le cœur d'une �toile massive (Le mot massif peut �tre employ� comme :) s'effondre directement en trou noir[15]. L’hypoth�se de l’existence d’un �tat plus compact que celui d’�toile � neutrons a �t� propos�e dans le courant des ann�es 1980�; ce serait celui des �toiles � quarks aussi appel�es �toiles �tranges en raison du nom donn� pour des raisons historiques � certains des quarks constituant l’objet, appel�s "�quarks �tranges�"[16]. Des indications d’une possible d�tection indirecte de tels astres ont �t� obtenues depuis le courant des ann�es 1990, sans trancher pour autant d�finitivement la question[17], mais cela ne change rien au fait qu'au del� d'une certaine masse ce type d'astre finisse par s'effondrer en trou noir, seule la valeur de la masse limite change. En 2006, on distingue quatre grandes classes de trous noirs en fonction de leur masse�: les trous noirs stellaires, supermassifs, interm�diaires et primordiaux (ou micro trous noirs). L’existence voire l’abondance de chaque type de trou noir est directement li�e � la possibilit� de leur formation. Trous noirs stellaires Illustration de la formation de jets. Au sein d’un syst�me binaire (Le syst�me binaire est un syst�me de num�ration utilisant la base 2. On nomme couramment bit (de l'anglais binary digit, soit � chiffre binaire �) les chiffres de la num�ration binaire. Ceux ci ne peuvent prendre que...) compos� d’un trou noir et d’une �toile, cette derni�re voit son gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) arrach� et aspir� vers le trou noir. En s’approchant le gaz engendre un disque d’accr�tion qui fournit la mati�re dont est compos�e le jet. Les trous noirs stellaires ont une masse de quelques masses solaires. Ils naissent � la suite de l’effondrement gravitationnel du r�sidu des �toiles massives (environ dix masses solaires et plus, initialement). En effet, lorsque la combustion (La combustion est une r�action chimique exothermique (c’est-�-dire accompagn�e d’une production d'�nergie sous forme de chaleur ).) par les r�actions thermonucl�aires dans le cœur de l’�toile massive se termine, faute de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.), une supernova se produit. Cette derni�re peut laisser derri�re elle un cœur qui continue � s’effondrer rapidement. En 1939, Robert Oppenheimer a montr� que si ce cœur a une masse sup�rieure � une certaine limite (appel�e limite d’Oppenheimer-Volkoff, et �gale � environ 3,3 masses solaires), la force gravitationnelle l’emporte d�finitivement sur toutes les autres forces et un trou noir se forme. L’effondrement vers un trou noir est susceptible d’�mettre des ondes gravitationnelles, qui devraient �tre d�tect�es dans un futur proche avec des instruments tels que le d�tecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.) Virgo de Cascina en Italie, ou avec les deux interf�rom�tres am�ricains de LIGO. Les trous noirs stellaires sont aujourd’hui observ�s dans les binaires X et les microquasars et sont responsables parfois de l’apparition de jets tels que ceux observ�s dans certains noyaux actifs de galaxies. Trous noirs supermassifs Le jet �mis depuis le centre de la galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois...) M87 est probablement form� gr�ce � la pr�sence d’un trou noir supermassif dont la masse est estim�e � trois milliards de masses solaires. Seul un c�t� du jet est visible, il s'agit de celui dirig� vers nous. Celui-ci appara�t bien plus brillant que le contre jet, car ayant sa luminosit� consid�rablement augment�e par l'effet de d�calage vers le bleu, alors que le contre jet subit un d�calage vers le rouge qui le rend bien moins lumineux. Les trous noirs supermassifs ont une masse comprise entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. Ils se trouvent au centre des galaxies et leur pr�sence provoque parfois l’apparition de jets et du rayonnement X. Les noyaux de galaxies qui sont ainsi plus lumineux qu’une simple superposition (En m�canique quantique, le principe de superposition stipule qu'un m�me �tat quantique peut poss�der plusieurs valeurs pour une certaine quantit� observable (spin, position, quantit� de mouvement etc.)) d’�toiles sont alors appel�s noyaux actifs de galaxies. Notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.), la Voie lact�e, contient un tel trou noir, ainsi qu’il a �t� d�montr� par l’observation (L’observation est l’action de suivi attentif des ph�nom�nes, sans volont� de les modifier, � l’aide de moyens d’enqu�te et d’�tude appropri�s. Le plaisir procur� explique la tr�s grande participation des...) des mouvements extr�mement rapides des �toiles proches du trou noir[18]. En particulier, une �toile nomm�e S2 a pu �tre observ�e lors d’une r�volution compl�te autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) d’un objet sombre non d�tect� en moins de onze ans. L’orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) elliptique de cette �toile l’a amen�e � moins de vingt unit�s astronomiques de cet objet (soit une distance de l’ordre de celle Uranus-Soleil), et la vitesse � laquelle l’orbite est parcourue permet d’assigner une masse d’environ 2,3 millions de masses solaires pour l’objet sombre autour duquel elle gravite. Aucun mod�le autre que celui d’un trou noir ne permet de rendre compte d’une telle concentration de mati�re dans un volume aussi restreint[19]. Le t�lescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument...) Chandra (Le satellite Chandra est un t�lescope � rayons X. Il a �t� lanc� en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la mission STS-93.) a �galement permis d’observer au centre de la galaxie NGC 6240 deux trous noirs supermassifs en orbite l’un autour de l’autre. La formation de tels g�ants est encore d�battue, mais certains pensent qu’ils se sont form�s tr�s rapidement au d�but de l’univers[20],[21]. Trous noirs interm�diaires Les trous noirs interm�diaires sont des objets r�cemment d�couverts et ont une masse entre 100 et 10�000 masses solaires[22]. Dans les ann�es 1970, les trous noirs de masse interm�diaire �taient suppos�s se former dans le cœur des amas globulaires, mais aucune observation ne venait soutenir cette hypoth�se. Des observations dans les ann�es 2000 ont montr� l’existence de sources de rayons X ultralumineuses (Ultra-luminous X-ray source en anglais, ou ULX)[23]. Ces sources ne sont apparemment pas associ�es au cœur des galaxies o� l’on trouve les trous noirs supermassifs. De plus, la quantit� de rayons X observ�e est trop importante pour �tre produite par un trou noir de 20 masses solaires, accr�tant de la mati�re avec un taux �gal � la limite d’Eddington (limite maximale pour un trou noir stellaire). Trous noirs primordiaux Les trous noirs primordiaux, aussi appel�s micro trous noirs ou trous noirs quantiques, auraient une taille tr�s petite. Ils se seraient form�s durant le Big Bang (d’o� l’appellation trou noir "�primordial�"), suite � l’effondrement gravitationnel de petites surdensit�s dans l’univers primordial. Dans les ann�es 1970, les physiciens Stephen Hawking (Stephen W. Hawking, CH, CBE, FRS, FRSA, est un physicien théoricien et cosmologiste anglais, né le 8 janvier 1942 à Oxford. Hawking a été professeur de mathématiques à l'Université...) et Bernard Carr ont �tudi� un m�canisme de formation des trous noirs dans l’univers primordial. Ils avanc�rent l’id�e d’une profusion de mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien mod�le Mini �tait construit par MG Rover.) trous noirs, minuscules par rapport � ceux envisag�s par la formation stellaire. La densit� (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau...) et la r�partition en masse de ces trous noirs n’est pas connue et d�pend essentiellement de la fa�on dont se produit une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employ� dans plusieurs domaines et principalement en physique :) d’expansion rapide dans l’univers primordial, l’inflation cosmique (L'inflation cosmique est un mod�le cosmologique s'ins�rant dans le paradigme du Big Bang lors duquel une r�gion de l'univers comprenant l'univers observable a connu une phase...). Ces trous noirs, de faible masse �mettent s’ils existent un rayonnement gamma qui pourrait �ventuellement �tre d�tect� par des satellites comme INTEGRAL. La non d�tection de ce rayonnement permet de mettre des limites sup�rieures sur l’abondance et la r�partition en masse de ces trous noirs. Selon certains mod�les de physique des hautes �nergies, il pourrait �tre possible de cr�er des mini trous noirs similaires en laboratoire[24], dans des acc�l�rateurs de particules comme le LHC, install� pr�s de Gen�ve, en Suisse. Observation des trous noirs Jet de plasma ( En physique, le plasma d�crit un �tat de la mati�re constitu� de particules charg�es (d'ions et d'�lectrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes �toiles � neutrons avant qu'elles ne...) observ� en interf�rom�trie (L'interf�rom�trie est une m�thode de mesure qui exploite les interf�rences intervenant entre plusieurs ondes coh�rentes entre elles.) dans la galaxie M87. L’effet est imput� au champ magn�tique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée...) intense � proximit� du trou noir supermassif en rotation situ� au centre de la galaxie. Les deux seules classes de trous noirs pour lesquelles on dispose d’observations nombreuses (indirectes, mais de plus en plus pr�cises, voir paragraphe suivant) sont les trous noirs stellaires et supermassifs. Le trou noir supermassif le plus proche est celui qui se trouve au centre de notre galaxie � environ 8 kilo-parsecs. Une des premi�res m�thodes de d�tection d’un trou noir est la d�termination de la masse des deux composantes d’une �toile binaire, � partir des param�tres orbitaux. On a ainsi observ� des �toiles de faible masse avec un mouvement orbital tr�s prononc� (amplitude de plusieurs dizaines de km/s), mais dont le compagnon (Le Compagnon (titre original : Alvin Journeyman) est un roman de fantasy publié en 1995 par Orson Scott Card (États-Unis).) est invisible. Le compagnon massif invisible peut g�n�ralement �tre interpr�t� comme une �toile � neutrons ou un trou noir puisqu’une �toile normale avec une telle masse se verrait tr�s facilement. La masse du compagnon (ou la fonction de masses, si l’angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d’inclinaison (En m�canique c�leste, l'inclinaison est un �l�ment orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il d�crit l'angle entre le plan de l'orbite et le plan de r�f�rence (g�n�ralement le plan de l'�cliptique, c'est-�-dire le plan moyen...) est inconnu) est alors compar�e � la masse limite maximale des �toiles � neutrons (environ 3,3 masses solaires). Si elle d�passe cette limite, on consid�re que l’objet est un trou noir. Sinon, il peut �tre une naine blanche. On consid�re �galement que certains trous noirs stellaires apparaissent lors des sursauts de rayons gamma (ou GRB, pour gamma-ray burst en anglais). En effet, ces derniers se formeraient via l’explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la...) d’une �toile massive (comme une �toile Wolf-Rayet) en supernova, et que dans certains cas (d�crits par le mod�le collapsar), un flash de rayons gamma est produit au moment o� le trou noir se forme. Ainsi, un GRB[25] pourrait repr�senter le signal ( Termes g�n�raux Un signal est un message simplifi� et g�n�ralement cod�. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particuli�res. Les signaux lumineux sont employ�s depuis...) de la naissance d’un trou noir. Des trous noirs de plus faible masse peuvent aussi �tre form�s par des supernovae classiques. Le r�manent de la supernova 1987A est soup�onn� d’�tre un trou noir, par exemple. Un deuxi�me ph�nom�ne directement reli� � la pr�sence d’un trou noir, cette fois pas seulement de type stellaire, mais aussi supermassif, est la pr�sence de jets observ�s principalement dans le domaine des ondes radio. Ces jets r�sultent des changements de champ magn�tique � grande �chelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte...) se produisant dans le disque d’accr�tion du trou noir. Vers l’observation directe�? La petitesse d’un trou noir stellaire (quelques kilom�tres) rend son observation directe impossible. En guise d’exemple, et m�me si la taille angulaire d'un trou noir est plus grande que celle d’un objet classique, un trou noir d’une masse solaire (En astrophysique, la masse solaire est l'unit� de masse conventionnellement utilis�e pour les �toiles ou les autres objets massifs. Elle est �gale � la...) et situ� � un parsec (Le parsec (symbole pc) est une unit� de longueur utilis�e en astronomie. Son nom vient de la contraction de � parallaxe-seconde �.) (environ 3,26 ann�es-lumi�re) aurait un diam�tre (Dans un cercle ou une sph�re, le diam�tre est un segment de droite passant par le centre et limit� par les points du cercle ou de la sph�re.) angulaire de 0,1 micro seconde d'arc. Cependant, la situation est plus favorable pour un trou noir supermassif. En effet, la taille d’un trou noir est proportionnelle � sa masse. Le trou noir du centre galactique a une masse, bien estim�e, d’environ 2,6 millions de masses solaires. Son rayon de Schwarzschild (Le rayon de Schwarzschild est d�fini comme le rayon critique pr�vu par la g�om�trie de Schwarzschild, en de�� duquel rien ne peut s'�chapper : si une �toile ou tout...) est donc d’environ 7 millions de kilom�tres. La taille angulaire de ce trou noir, situ� � environ 8,5 kiloparsecs est de l’ordre de 30 microsecondes d’arc. Cette r�solution est inaccessible dans le domaine visible, mais est assez proche des limites actuellement atteignables en interf�rom�trie radio. La technique de l’interf�rom�trie radio, avec une sensibilit� suffisante, est limit�e en fr�quence au domaine millim�trique. Un gain d’un ordre de grandeur en fr�quence permettrait une r�solution meilleure que la taille angulaire du trou noir. L’imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) directe du trou noir du centre galactique est donc envisageable dans les ann�es qui viennent. Le trou noir supermassif situ� au centre de la galaxie M87 est environ 2000 fois plus �loign� (18,7 Mpc), mais estim� pr�s de 1300 fois plus massif. Ce trou noir pourrait ainsi devenir le second trou noir imag� apr�s celui de la Voie Lact�e[26],[27]. Exemples de trous noirs stellaires Cygnus X-1, d�tect� en 1965, est le premier objet astrophysique connu contenant un trou noir. C’est un syst�me binaire constitu� d’un trou noir en rotation et d’une �toile g�ante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence principale. Elles se situent entre les...). Les syst�mes binaires stellaires qui contiennent un trou noir avec un disque d’accr�tion formant (Dans l'intonation, les changements de fr�quence fondamentale sont per�us comme des variations de hauteur : plus la fr�quence est �lev�e, plus la hauteur per�ue est haute et inversement. Chaque voyelle se caract�rise par son timbre sp�cifique....) des jets sont appel�s microquasars, en r�f�rence � leurs parents extragalactiques�: les quasars. Les deux classes d’objets partagent en fait les m�mes processus physiques. Parmi les microquasars les plus �tudi�s, on notera GRS 1915+105, d�couvert en 1994 pour avoir des jets supraluminiques. Un autre cas de tels jets fut d�tect� dans le syst�me GRO J1655-40. Mais sa distance est sujette � controverse et ses jets pourraient ne pas �tre supraluminiques. Notons aussi le microquasar (En astronomie, un microquasar est une �toile binaire contenant un objet compact tel qu'une �toile � neutrons ou un trou noir, et qui produit des jets d'une vitesse...) tr�s sp�cial SS 433, qui a des jets persistants en pr�cession (La pr�cession est le nom donn� au changement graduel d'orientation de l'axe de rotation d'un objet ou, de fa�on plus g�n�rale, d'un vecteur sous l'action de l'environnement, par exemple, dans le cas de l'axe de rotation d'un objet, quand un...), et o� la mati�re se d�place par paquets � des vitesses de quelques fractions de la vitesse de la lumi�re. Exemples de trous noirs supermassifs Les candidats trous noirs supermassifs ont premi�rement �t� les noyaux actifs de galaxie et les quasars d�couverts par les radioastronomes dans les ann�es 1960. Cependant, les observations les plus convaincantes de l’existence de trous noirs supermassifs sont celles des orbites des �toiles autour du centre galactique appel� Sagitarius A*. L’orbite de ces �toiles et les vitesses atteintes, ont permis aujourd’hui d’exclure tout autre type d’objet qu’un trou noir supermassif � cet endroit de la galaxie. Par la suite, des trous noirs supermassifs ont �t� d�tect�s dans de nombreuses autres galaxies. En f�vrier 2005, une �toile g�ante bleue, appel�e SDSS J090745.0+24507 fut observ�e quittant notre galaxie avec une vitesse deux fois sup�rieure � la vitesse de lib�ration de la Voie Lact�e, soit 0,0022 fois la vitesse de la lumi�re. Quand on remonte la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de cette �toile, on voit qu’elle croise le voisinage imm�diat du centre galactique. Sa vitesse et sa trajectoire confortent donc �galement l’id�e de la pr�sence d’un trou noir supermassif � cet endroit dont l’influence gravitationnelle aurait provoqu� l’�jection de cette �toile de la Voie Lact�e. En novembre 2004, une �quipe d’astronomes a rapport� la d�couverte du premier trou noir de masse interm�diaire dans notre galaxie et orbitant � seulement trois ann�es-lumi�re du centre galactique. Ce trou noir aurait une masse d’environ 1300 masses solaires et se trouve dans un amas de seulement sept �toiles. Cet amas est probablement le r�sidu d’un amas massif d’�toiles qui a �t� d�nud� par la pr�sence du trou noir central[28]. Cette observation conforte l’id�e que les trous noirs supermassifs grandissent en absorbant des �toiles et autres trous noirs, qui pourra �tre confirm�e par l’observation directe des ondes gravitationnelles �mises par ce processus, par l’interm�diaire de l’interf�rom�tre spatial LISA. En juin 2004, des astronomes ont trouv� un trou noir supermassif, appel� Q0906+6930, au centre d’une galaxie lointaine d’environ 12,7 milliards d’ann�es-lumi�re, c’est-�-dire lorsque l’univers �tait encore tr�s jeune[29]. Cette observation montre que la formation des trous noirs supermassifs dans les galaxies est un ph�nom�ne relativement rapide. Trous noirs et physique fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer � plusieurs sens.) Th�or�mes sur les singularit�s Une question cruciale � propos des trous noirs est de savoir sous quelles conditions ils peuvent se former. Si les conditions n�cessaires � leur formation sont extr�mement sp�cifiques, les chances que les trous noirs soient nombreux peuvent �tre faibles. Un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) de th�or�mes math�matiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures...) dus � Stephen Hawking et Roger Penrose a montr� qu’il n’en �tait rien�: la formation des trous noirs peut se produire dans une vari�t� de conditions extr�mement g�n�riques. Pour des raisons �videntes, ces travaux ont �t� nomm�s th�or�mes sur les singularit�s. Ces th�or�mes datent du d�but des ann�es 1970, �poque o� il n’y avait gu�re de confirmation observationnelle de l’existence des trous noirs. Les observations ult�rieures ont effectivement confirm� que les trous noirs �taient des objets tr�s fr�quents dans l’univers. Singularit�s nues et censure cosmique Au centre d’un trou noir se situe une singularit� gravitationnelle. Pour tout type de trou noir, cette singularit� est "�cach�e�" du monde (Le mot monde peut d�signer :) ext�rieur par l’horizon des �v�nements. Cette situation s’av�re tr�s heureuse�: la physique actuelle ne sait certes pas d�crire une singularit� gravitationnelle, mais cela a peu d’importance car, celle-l� �tant � l'int�rieur de la zone d�limit�e par l’horizon, elle n’influe pas sur les �v�nements du monde ext�rieur. Il se trouve cependant qu’il existe des solutions math�matiques aux �quations de la relativit� g�n�rale dans lesquelles une singularit� existe sans �tre entour�e d’un horizon. C’est par exemple le cas pour les solutions de Kerr ou de Reissner-Nordstr�m quand la charge ou le moment cin�tique d�passe une certaine valeur critique. Dans ce cas, on ne parle plus de trou noir (il n’y a plus d’horizon, donc plus de "�trou�") mais de singularit� nue. De telles configurations sont extr�mement difficiles � �tudier en pratique, car la pr�diction du comportement de la singularit� reste toujours impossible�; mais cette fois, il influence l’univers dans lequel nous vivons. L’existence de singularit�s nues a donc pour cons�quence l’impossibilit� d’une �volution d�terministe de l’univers dans l’�tat des connaissances actuelles[30]. Ces �l�ments, ainsi que des consid�rations plus fondamentales, ont conduit le math�maticien anglais Roger Penrose � formuler en 1969 l’hypoth�se dite de la censure cosmique, stipulant qu’aucun processus physique ne pouvait permettre l’apparition de singularit�s nues dans l’univers. Cette hypoth�se, qui poss�de plusieurs formulations possibles, a �t� l’objet d’un pari entre Stephen Hawking d’une part et Kip Thorne et John Preskill d’autre part, ces derniers ayant pari� que des singularit�s nues pouvaient exister. En 1991, Stuart L. Shapiro et Saul A. Teukolsky montr�rent sur foi de simulations num�riques que des singularit�s nues pouvaient se former dans l’univers. Quelques ann�es plus tard, Matthew Choptuik mit en �vidence un ensemble important de situations � partir desquelles la formation de singularit�s nues �tait possible. Ces configurations demeurent cependant extr�mement particuli�res, et n�cessitent un ajustement fin des conditions initiales pour mener � la formation des singularit�s nues. Leur formation est donc possible, mais en pratique extr�mement improbable. En 1997 Stephen Hawking reconnut qu’il avait perdu son pari avec Kip Thorne et John Preskill. Un autre pari a depuis �t� lanc�, o� des conditions plus restrictives sur les conditions initiales pouvant mener � des singularit�s nues ont �t� rajout�es. Entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'�tat introduite au milieu du XIXe si�cle par Rudolf Clausius dans le cadre du second principe, d'apr�s les travaux de Carnot[1]. Clausius a montr� que le...) des trous noirs En 1971, le physicien britannique Stephen Hawking montra que la surface totale des horizons des �v�nements de n’importe quel trou noir classique ne peut jamais d�cro�tre. Cette propri�t� est tout � fait semblable � la deuxi�me loi de la thermodynamique (On peut d�finir la thermodynamique de deux fa�ons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands syst�mes en �quilibre. La premi�re d�finition est aussi la premi�re dans l'histoire. La seconde est venue...), avec la surface jouant le r�le de l’entropie. Dans le cadre de la physique classique, on pourrait violer cette loi de la thermodynamique en envoyant de la mati�re dans un trou noir, ce qui la ferait dispara�tre de notre univers, avec la cons�quence d’un d�croissement de l’entropie totale de l’univers. Pour �viter de violer cette loi, le physicien Jacob Bekenstein proposa qu’un trou noir poss�de une entropie (sans en pr�ciser la nature exacte), et qu’elle soit proportionnelle � la surface de son horizon. Bekenstein pensait alors que les trous noirs n’�mettent pas de radiation (Le rayonnement est un transfert d'�nergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement �lectromagn�tique (par exemple :...) et que le lien avec la thermodynamique n’�tait qu’une simple analogie et pas une description physique des propri�t�s du trou noir. N�anmoins Hawking a peu apr�s d�montr� par un calcul de th�orie quantique des champs (La th�orie quantique des champs est l'application des concepts de la physique quantique aux champs. Issue de la m�canique quantique relativiste, dont l'interpr�tation comme th�orie d�crivant une seule particule s'�tait...) que le r�sultat sur l’entropie des trous noirs est bien plus qu’une simple analogie et qu’il est possible de d�finir rigoureusement une temp�rature (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) associ�e au rayonnement des trous noirs (voir ci-dessous). Utilisant les �quations de la thermodynamique des trous noirs, il appara�t que l’entropie d’un trou noir est proportionnelle � la surface de son horizon[31]. C’est un r�sultat universel qui peut �tre appliqu� dans un autre contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots...) aux mod�les cosmologiques comportant eux aussi un horizon comme par exemple l’univers de de Sitter. L’interpr�tation microscopique de cette entropie reste par contre un probl�me ouvert, auquel la th�orie des cordes (La th�orie des cordes est l'une des voies envisag�es pour r�gler une des questions majeures de la physique th�orique : fournir une description de la gravit� quantique c'est-�-dire l'unification de la m�canique...) a cependant r�ussi � apporter des �l�ments de r�ponse partiels. Il a �t� ensuite montr� que les trous noirs sont des objets � entropie maximale, c’est-�-dire que l’entropie maximale d’une r�gion de l’espace d�limit�e par une surface donn�e (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.) est �gale � celle du trou noir de m�me surface[32],[33]. Ce constat a amen� les physiciens Gerard ’t Hooft et ensuite Leonard Susskind � proposer un ensemble d’id�es, appel� principe holographique, bas� sur le fait que la description de la surface d’une r�gion permet de reconstituer toute l’information relative � son contenu, de la m�me fa�on qu’un hologramme (L'hologramme est le produit de l'holographie. Il s'agit historiquement d'un procédé de photographie en relief. Aujourd'hui, un hologramme représente une image en trois...) code des informations relatives � un volume sur une simple surface, permettant ainsi de donner un effet de relief (Le relief est la diff�rence de hauteur entre deux points. N�anmoins, ce mot est souvent employ� pour caract�riser la forme de la surface de la Terre.) � partir d’une surface. La d�couverte de l’entropie des trous noirs a ainsi permis le d�veloppement d’une analogie extr�mement profonde entre trous noirs et thermodynamique, la thermodynamique des trous noirs, qui pourrait aider dans la compr�hension d’une th�orie de la gravit� quantique (La gravit� quantique est la branche de la physique th�orique tentant d'unifier la m�canique quantique et la relativit� g�n�rale.). �vaporation (L'�vaporation est un passage progressif de l'�tat liquide � l'�tat gazeux. Elle est diff�rente de l'�bullition qui est une transition rapide. C'est un...) et radiation de Hawking En 1974, Stephen Hawking appliqua la th�orie quantique des champs � l’espace-temps courb� de la relativit� g�n�rale, et d�couvrit que contrairement � ce que pr�disait la m�canique (Dans le langage courant, la m�canique est le domaine des machines, moteurs, v�hicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons,...) classique, les trous noirs pouvaient effectivement �mettre une radiation (proche d’une radiation thermique) aujourd’hui appel�e rayonnement de Hawking[34]�: les trous noirs ne sont donc pas compl�tement "�noirs�". La radiation de Hawking correspond en fait � un spectre de corps noir (En physique, un corps noir d�signe un objet id�al dont le spectre �lectromagn�tique ne d�pend que de sa temp�rature. En pratique, un tel objet mat�riel n'existe pas,...). On peut donc y associer la "�temp�rature�" du trou noir, qui est inversement proportionnelle � sa taille[35]. De ce fait, plus le trou noir est important, plus sa temp�rature est basse. Un trou noir de la masse de la plan�te Mercure aurait une temp�rature �gale � celle du rayonnement de fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement �lectromagn�tique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de fa�on quasi uniforme dans toutes les directions.) (� peu pr�s 2,73 kelvins). Si le trou est plus massif, il sera donc plus froid que la temp�rature du fond et accro�tra son �nergie plus vite qu’il n’en perdra via la radiation de Hawking, devenant ainsi encore plus froid. Un trou noir stellaire a ainsi une temp�rature de quelques microkelvins, ce qui rend la d�tection directe de son �vaporation totalement inenvisageable. Cependant, pour des trous noirs moins massifs, la temp�rature est plus �lev�e, et la perte d’�nergie associ�e lui permet de voir sa masse varier sur des �chelles cosmologiques. Ainsi, un trou noir de quelques millions de tonnes s’�vaporera-t-il en une dur�e inf�rieure � celle de l’�ge de l'univers. Alors que le trou noir s’�vapore, le trou noir devient plus petit, donc plus chaud. Certains astrophysiciens ont propos� que l’�vaporation compl�te de trous noirs produirait un flash de rayons gamma. Ceci serait une signature de l’existence de trous noirs de tr�s faible masse. Il s’agirait alors de trous noirs primordiaux. La recherche (La recherche scientifique d�signe en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de d�velopper les connaissances scientifiques. Par extension m�tonymique, la recherche scientifique d�signe �galement le...) actuelle explore cette possibilit� avec les donn�es du satellite europ�en INTEGRAL[36]. Paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit � une absurdit�, ou encore, une situation qui...) de l’information Une question de physique fondamentale encore irr�solue au d�but du XXIe�si�cle est le fameux paradoxe de l’information. En effet, en raison du th�or�me de calvitie d�j� cit� (La cité (latin civitas) est un mot désignant, dans l’Antiquité avant la création des États, un groupe d’hommes sédentarisés libres (pouvant avoir des esclaves),...), il n’est pas possible de d�terminer a posteriori ce qui est entr� dans le trou noir. Cependant, vue d’un observateur �loign�, l’information n’est jamais compl�tement d�truite puisque la mati�re tombant dans le trou noir ne dispara�t qu’apr�s un temps infiniment long. Alors, l’information qui a form� le trou noir est-elle perdue ou pas�? Des consid�rations g�n�rales sur ce que devrait �tre une th�orie de la gravit� quantique sugg�rent qu’il ne peut y avoir qu’une quantit� finie et limit�e d’entropie (i.e. une quantit� maximale et finie d’information) associ�e � l’espace pr�s de l’horizon du trou noir. Mais la variation de l’entropie de l’horizon plus celle de la radiation Hawking est toujours suffisante pour prendre en compte toute l’entropie de la mati�re et de l’�nergie tombant dans le trou noir… Mais restent de nombreuses questions. En particulier au niveau quantique, est-ce que l’�tat quantique (En m�canique quantique, l'�tat d'un syst�me d�crit tous les aspects du syst�me physique. Il est repr�sent� par un objet math�matique qui donne le maximum d'information possible sur le syst�me, dans le but de pr�voir les r�sultats des...) de la radiation de Hawking est d�termin� de mani�re unique par l’histoire de ce qui est tomb� dans le trou noir�? De m�me, est-ce que l’histoire de ce qui est tomb� est d�termin�e de mani�re unique par l’�tat quantique du trou noir et de sa radiation�? En d’autres termes, est-ce que les trous noirs sont, ou ne sont pas, d�terministes�? Cette propri�t� est bien s�r conserv�e dans la relativit� g�n�rale comme dans la physique classique, mais pas dans la m�canique quantique (Fille de l'ancienne th�orie des quanta, la m�canique quantique constitue le pilier d'un ensemble de th�ories physiques qu'on regroupe sous l'appellation g�n�rale de physique quantique. Cette d�nomination s'oppose � celle de physique classique,...). Pendant de longues ann�es, Stephen Hawking a maintenu sa position originelle de 1975 voulant que la radiation de Hawking soit enti�rement thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents...), et donc compl�tement al�atoire, repr�sentant ainsi une nouvelle source d’information non-d�terministe. Cependant, le 21 juillet 2004, il pr�senta un nouvel argument, allant � l’oppos� ( En math�matique, l'oppos� d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est � ajout� � n donne z�ro. En botanique, les organes d'une...) de sa premi�re position[37],[38],[39]. Dans ses nouveaux calculs, l’entropie associ�e � un trou noir serait effectivement inaccessible � un observateur ext�rieur. De plus dans l’absence de cette information, il est impossible de relier de mani�re univoque l’information de la radiation de Hawking (contenue dans ses corr�lations internes) � l’�tat initial du syst�me. Cependant, si le trou noir s’�vapore compl�tement, cette identification univoque peut �tre faite et l’unitarit� est pr�serv�e (l’information est donc conserv�e). Il n’est pas clair que la communaut� scientifique sp�cialis�e soit absolument convaincue par les arguments pr�sent�s par Hawking[40]. Mais Hawking lui-m�me fut suffisamment convaincu pour r�gler le pari qu’il avait fait en 1997 avec le physicien John Preskill de Caltech, provoquant ainsi un �norme int�r�t des m�dias (On nomme m�dia un moyen impersonnel de diffusion d'informations (comme la presse, la radio, la t�l�vision), utilis� pour communiquer. Les m�dias permettent de...). En juillet 2005, l’annonce de Hawking a donn� lieu � une publication dans la revue Physical Review[41] et fut d�battue par la suite au sein de la communaut� scientifique sans qu’un consensus net ne se d�gage quant � la validit� de l’approche propos�e par Hawking[42],[43]. Trous noirs et trous de ver (Les vers constituent un groupe très hétérogène d'animaux invertébrés qui partagent une caractéristique commune, à savoir un corps mou, flexible, de forme...) La relativit� g�n�rale indique qu’il existerait des configurations dans lesquelles deux trous noirs sont reli�s l’un � l’autre. Une telle configuration est habituellement appel�e trou de ver ou plus rarement pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le franchissement supporte le passage d'hommes et...) d’Einstein-Rosen. De telles configurations ont beaucoup inspir� les auteurs de science-fiction (La science-fiction, prononcée /sjɑ̃s.fik.sjɔ̃/ (abrégé en SF), est un genre narratif (principalement littéraire et cinématographique) structuré par des hypothèses sur ce que pourrait...) (voir par exemple les r�f�rences de la section Culture populaire) car elles proposent un moyen de voyager tr�s rapidement sur de grandes distances, voire voyager dans le temps. En pratique, de telles configurations, si elles sont autoris�es par la relativit� g�n�rale, semblent totalement irr�alisables dans un contexte astrophysique, car aucun processus connu ne semble permettre la formation de tels objets[44]. Culture populaire Quand on parle de "�culture populaire�" � propos de trou noir, on pense souvent � science-fiction. On y trouve, au cin�ma (On nomme cin�ma une projection visuelle en mouvement, le plus souvent sonoris�e. Le terme d�signe indiff�remment aujourd'hui une salle de projection ou l'art en...) ou dans le domaine litt�raire, beaucoup d’inspiration. Dans les films (en) The Black Hole (1979), de Gary Nelson, est un film des studios Disney. (en) Event horizon (1997), de Paul W.S. Anderson. (en) Sphere (1998), de Barry Levinson. (en) The Void (2002), de Gilbert M. Shilton. Dans la mythologie de La Guerre des �toiles, Evona, l’un des deux soleils du syst�me dont est originaire le peuple (Le terme peuple adopte des sens diff�rents selon le point de vue o� l'on se place.) des Hutt a �t� englouti par un trou noir. Dans la litt�rature Les Cantos d'Hyp�rion, de Dan Simmons. Contact, de Carl Sagan, adapt� au cin�ma (voir Contact). La Grande Porte, de Frederik Pohl. Une singularit� nue et ses effets non d�terministes sont � la base du livre Radix, de l’auteur �tats-unien Alfred Angelo Attanasio, paru en 1981. Dans les romans Ilium et Olympos de Dan Simmons des trous de ver entre trous noirs branaires (brane holes) sont utilis�s comme moyen de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...) par les Moravecs pour se d�placer � travers le syst�me solaire. Le roman de l’auteur am�ricain John Varley, Le Canal Ophite parle de "�chasseurs de trous noirs�". Le Festin des dieux (1991) par l’�crivain �ric Jacob. L’essai Eureka �crit en 1848 par Edgar Allan Poe qui inclut une intuition cosmologique qui anticipe les trous noirs et la th�orie du Big Bang. Dans les s�ries t�l�vis�es Andromeda, le protagoniste et son vaisseau (Andromeda) sont happ�s par un trou noir et y sont prisonniers dans le temps pendant 300 ans. Babylon (Babylon est un logiciel propri�taire de traduction multilangues, disposant de plus de 25 dictionnaires linguistiques � officiels � et d'une multitude d'autres cr�es par des...) 5, le voyage (Un voyage est un d�placement effectu� vers un point plus ou moins �loign� dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est consid�rablement d�velopp� et d�mocratis�, au cours du...) spatial est rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de lumière...) possible par des zones de singularit� cr��es artificiellement. Stargate SG-1, dans l’�pisode 16 de la saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et...) 2, SG-10 en mission sur P3W-451 est confront� � l’apparition d’un trou noir. Stargate SG-1, dans l’�pisode 6 de la saison 9, une plan�te s’effondre en un trou noir par la volont� des Ori, afin d’activer une porte des �toiles g�ante. Stargate SG-1, les vaisseaux inter-planetaires se d�placent rapidement gr�ce � un saut dans l'hyperespace. Celui-ci est reli� � la th�orie des trous noirs (voir graphique sur les trous de ver). En musique La chanson Cygnus X-1 de l’album A Farewell to Kings (1977) par le groupe Rush La chanson Black Holes de l’album Great White North (1981) par Bob & Doug MacKenzie La chanson "�Supermassive Black hole�" de l'album "�Black Holes and Revelations�" (2006) par le groupe Muse La chanson "�Black Hole Sun�" de l'album "�Superunknown�" (1994) par le groupe Soundgarden En bande dessin�e Le comics Warheads (�dit� par Marvel UK) d�crit les aventures de mercenaires se servant de trous noirs pour se d�placer � travers l’espace. Dans le domaine du jeu vid�o (La vid�o regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images anim�es, accompagn�es ou non de son, sur un support adapt� � l'�lectronique...) Outcast o� la Terre est menac� d’�tre engloutie par un trou noir, apr�s un accident. Star Fox ou l'Arwing peut voyager d'une partie de l'espace � une autre gr�ce � un trou noir Notes et r�f�rences ↑ On parle ici de trou noir de Schwarzschild. ↑ Schwarzschild, K. (1916). �ber das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie. Sitzungsberichte der K�niglich Preussischen Akademie der Wissenschaften 1, 189-196. ↑ Parmi les premi�res observations de Cygnus X-1 par Uhuru, on retiendra�: Oda et al., X-Ray Pulsations from Cygnus X-1 Observed from UHURU, (1971) ApJ, 166, 1 ↑ Les premi�res indications que Cygnus X-1 est un trou noir, � partir des observations de Uhuru, sont publi�es par�: Eardley, D. M. et Press, W. H. Astrophysical processes near black holes, (1976) ARAA, 13, 381. ↑ Voir l’ouvrage de Kip S. Thorne, Trous noirs et distorsions du temps cit� en Bibliographie. ↑ a b La relativit� g�n�rale est une th�orie relativiste de la gravitation, mais qui ne peut prendre en compte les effets de m�canique quantique. Or une singularit� gravitationnelle est une r�gion dans laquelle ces effets quantiques jouent un r�le pr�pond�rant. ↑ Le satellite Gravity Probe B, lanc� en 2004, a notamment pour mission de mettre en �vidence cet effet. ↑ Voir par exemple le livre de Robert M. Wald cit� en bibliographie. ↑ Par exemple, l’entropie des trous noirs n’a � l’heure actuelle d’interpr�tation microscopique que pour certains types de trous noirs dans des espace-temps � cinq dimensions. ↑ (en) Rev. J. Michell, B. D. F. R. S. In a Letter to Henry Cavendish, Esq. F. R. S. and A. S. On the Means of Discovering the Distance, Magnitude, &c. of the Fixed Stars, in Consequence of the Diminution of the Velocity of Their Light, in Case Such a Diminution Should be Found to Take Place in any of Them, and Such Other Data Should be Procured from Observations, as Would be Farther Necessary for That Purpose., "�Philosophical Transactions of the Royal Society of London�", vol. 74 (1784) pp.35-57 (url link) (ISSN�0261-0523) Voir aussi Historique des trous noirs (Cet article traite de la partie historique relative � la d�couverte et la compr�hension des trous noirs.). ↑ Il est donc faux de dire, comme on le voit souvent, que le mouvement de l’objet tombant sur le trou noir se "�g�le�", ou s’arr�te. En pratique il est devenu invisible avant de s’arr�ter compl�tement. ↑ Voir Force de mar�e#Le cas des trous noirs pour les d�tails. ↑ Contrairement � une id�e re�ue r�pandue. Cependant, si l'interaction forte �tait moins intense, alors la pression de d�g�n�rescence des nucl�ons pourrait �ventuellement assurer l'�quilibre de l'�toile. On pourra consulter avec profit (lien) pour plus de d�tails. ↑ Une naine blache est principalement compos�e d'h�lium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) et d'oxyg�ne (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), qui peuvent effectivement fusioner en des �l�ments plus lourds. ↑ Selon la masse de l'�toile prog�nitrice, son cœur va s'effondrer en �toile � neutrons (masse de l'�toile plus faible), soit en trou noir (masse plus �lev�e). ↑ (en) Charles Alcock, Edward Fahri & Angela Olinto, Strange stars, Astrophysical Journal, 310, 261-272 (1986) R�sum� disponible sur ADS: 1986ApJ...310..261A. ↑ Voir par exemple (en) Jeremy J. Drake et al., Is RX J185635-375 a Quark Star?, Astrophysical Journal, 572, 996-1001 (2002), Article disponible sur arXiv: astro-ph/0204159. (en). ↑ (en) Star Orbiting Massive Milky Way Centre Approaches to within 17 Light-Hours (communiqu� de presse ESO, 16 octobre 2002) ↑ Voir le site Galactic Center Research at MPE du Max-Planck-Institut f�r extraterrestrische Physik et en particulier l’animation (L'animation consiste � donner l'illusion du mouvement � l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent �tre dessin�es, peintes, photographi�es, num�riques, etc.) montrant la trajectoire de l’�toile S2. Voir �galement R. Sch�del et al., Closest Star Seen Orbiting the Supermassive Black Hole at the Centre of the Milky Way, Nature (journal), 419, 694 (17 octobre 2002), Article disponible sur arXiv: astro-ph/0210426. (en) ↑ (en) Volonteri M., Rees M. J., Rapid Growth of High-Redshift Black Holes, (2005), ApJ, 633, 624 Article disponible sur arXiv: astro-ph/0506040. (en) ↑ (en) Voir aussi l'article sur le site de Universe Today. ↑ (en) Voir la revue de M.C. Miller et E.J.M. Colbert. Article disponible sur arXiv: astro-ph/0308402. (en) ↑ (en) J. R. S�nchez Sutil, A catalogue of ultra-luminous X-ray source coincidences with FIRST radio sources], Astronomy and Astrophysics, vol. 452, t. 2, juin 2006, pp. 739-742. R�sum� disponible sur ADS: 2006A%26A...452..739S ↑ (en) Voir l’article du Scientific American Magazine (no� de mai 2005), intitul� Quantum Black Holes. ↑ On parle ici principalement de GRB "�longs�", form�s par les �toiles massives. La deuxi�me classe de GRB, les "�courts�", sont consid�r�s comme le r�sultat de la fusion (En physique et en m�tallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'�tat solide vers l'�tat liquide. Pour un corps pur, c’est-�-dire pour une substance constitu�e de mol�cules toutes identiques, la fusion s'effectue �...) de deux �toiles � neutrons, ce qui donne lui aussi un trou noir… Mais leur compr�hension est plus difficile que les GRB longs. Car le ph�nom�ne de coalescence de deux objets tr�s compacts n�cessite l’utilisation de simulations num�riques extr�mement complexe. Comparativement, l’explosion d’une �toile massive est plus simple. ↑ (en) T. P. Krichbaum et al., Towards the Event Horizon - The Vicinity of AGN at Micro-Arcsecond Resolution, comptes rendus du 7e symposium europ�en sur les r�seaux VLBI (Tol�de, Espagne, 12-15 octobre 2004). Article disponible sur arXiv: astro-ph/0411487. (en). ↑ (en) M. Miyoshi et al., An approach Detecting the Event Horizon of SGR A*, ibid.. Article disponible sur arXiv: astro-ph/0412289. (en) ↑ (en) Voir J.-P. Maillard et al., The nature of the Galactic Center source IRS 13 revealed by high spatial resolution in the infrared, Astronomy and Astrophysics, 423, 155-167, 2004, Article disponible sur arXiv: astro-ph/0404450. (en) ↑ (en) Roger W. Romani et al., Q0906+6930�: The Highest-Redshift Blazar, Astrophysical Journal, 610, L9-L12 (2004), Article disponible sur arXiv: astro-ph/0406252. (en) ↑ L’�laboration d’une th�orie de la gravit� quantique est la condition de r�solution de ce probl�me. ↑ Elle est �gale au quart de la surface de l’horizon en unit�s de Planck, c’est-�-dire dans un syst�me d’unit�s o� la vitesse de la lumi�re c, la constante de Newton G, la constante de Planck (En physique, la constante de Planck, not�e h, est une constante utilis�e pour d�crire la taille des quanta. Elle joue un r�le central dans la m�canique quantique et a �t�...) r�duite et la constante de Boltzmann (La constante de Boltzmann k (ou kB) a �t� introduite par Ludwig Boltzmann lors de sa d�finition de l'entropie en 1873. Le syst�me �tant � l'�quilibre macroscopique, mais libre d'�voluer � l'�chelle microscopique entre Ω micro-�tats diff�rents,...) kB sont toutes �gales � 1. Voir l’article entropie des trous noirs pour plus d�tails. ↑ (en) Raphael Bousso The holographic principle, Reviews of Modern Physics, 74 825-874 (2002) ↑ (en) Parthasarathi Majumdar, Black Hole Entropy and Quantum Gravity. Talk given at the National Symposium on Trends and Perspectives in Theoretical Physics, Calcutta, India, Apr 1998. Article disponible sur arXiv: gr-qc/9807045. (en) ↑ S. W. Hawking, Particle creation by black holes, Commun. Math. Phys., 43, 199-220 (1975) Voir en ligne, Erratum, ibid, 46, 206-206 (1976). ↑ En terme d’ordre de grandeur, la temp�rature d’un trou noir en unit�s de Planck correspond � l’inverse de sa taille en unit�s de Planck. Pour un trou noir stellaire, sa taile se compte en kilom�tres, soit 1038 fois la longueur de Planck (En physique, la longueur de Planck ou �chelle de Planck est une unit� de longueur qui fait partie du syst�me des unit�s de Planck. Not�e , elle est d�termin�e uniquement en terme des constantes...). Sa temp�rature est donc de l’ordre de 10-38 fois la temp�rature de Planck, qui vaut dans les 1032 kelvins. La temp�rature d’un trou noir stellaire est donc de l’ordre de 10-6 kelvins. ↑ Voir par exemple Azar Khalatbari, Trous noirs primordiaux�: Les poids plume (Une plume est, chez les oiseaux, une production tégumentaire complexe constituée de β-kératine. La plume est un élément caractéristique de la...) disparus, Ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) & Espace, juin 2002 Voir en ligne. ↑ (en) Black holes and the information paradox. Prepared for GR17�: 17th International Conference on General Relativity and Gravitation, Dublin, Irlande, 18-24 juillet 2004 ↑ (en) Voir l’article (payant) du magazine anglais Nature, intitul� "�Hawking changes his mind about (L’about est un terme de charpenterie d�signant l’extr�mit� fa�onn�e d’une pi�ce de bois.) black holes�" (Hawking a chang� d’avis (Anderlik-Varga-Iskola-Sport (Anderlik-Varga-Ecole-Sport) fut utilisé pour désigner un projet hongrois de monoplace de sport derrière lequel se...) sur les trous noirs). ↑ Voir aussi l’article sur le site space.com. ↑ (en) This Week’s Finds in Mathematical Physics (Week 207), entr�e dans le blog (Un blog ou blogue est un site Web constitué par la réunion de billets agglomérés au fil du temps et souvent classés par ordre...) de John Baez consacr�e � la conf�rence GR17 de Dublin 2004. ↑ (en) S. Hawking, Information Loss in Black Holes, Physical Review D, 72, 084013 (2005) Article disponible sur arXiv: hep-th/0507171. (en) ↑ (en)Article du blog de Lubos Motl consacr� � la r�solution d’Hawking du paradoxe de l’information pour les trous noirs. ↑ (en) Citation scientifiques de l’article de Hawking d’apr�s la base de donn�es (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans...) SPIRES. ↑ Voir livre de Robert M. Wald dans la section bibliographie, page 156. Source: Wikip�dia publi�e sous licence CC-BY-SA 3.0.
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