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Qu'est-ce qu'un trou noir ?

November 24, 2017

Bonjour ami(e)s de Monde Mystérieux !

 

Un trou noir est une région dans l'espace où la force de traction est si forte que la lumière ne peut s'échapper. La gravité forte se produit parce que la matière a été pressée dans un espace minuscule. Cette compression peut avoir lieu à la fin de la vie d'une étoile. Certains trous noirs sont le résultat d'étoiles mourantes.
Parce qu'aucune lumière ne peut s'échapper, les trous noirs sont invisibles. Cependant, les télescopes spatiaux avec des instruments spéciaux peuvent aider à trouver des trous noirs. Ils peuvent observer le comportement du matériau et des étoiles qui sont très proches des trous noirs.

 

 Le trou noir nommé Cygnus X-1 s'est formé quand une grande étoile a cédé. Ce trou noir tire la matière de l'étoile bleue à côté d'elle.
Crédits: NASA / CXC / M.Weiss


Quelle est la taille des trous noirs?
Les trous noirs peuvent être de tailles différentes, mais il existe trois types principaux de trous noirs. La masse et la taille du trou noir déterminent de quel type il s'agit.
Les plus petits sont connus comme des trous noirs primordiaux. Les scientifiques croient que ce type de trou noir est aussi petit qu'un seul atome mais avec la masse d'une grande montagne.
Le type le plus commun de trous noirs de taille moyenne est appelé "stellaire". La masse d'un trou noir stellaire peut être jusqu'à 20 fois plus grande que la masse du soleil et peut s'inscrire dans une boule d'un diamètre d'environ 10 miles. Des dizaines de trous noirs de masse stellaire peuvent exister dans la galaxie de la voie lactée.
Les plus grands trous noirs sont appelés "supermassifs". Ces trous noirs ont des masses supérieures à 1 million de soleils combinés et s'inséreraient dans une boule d'un diamètre à peu près égal à la taille du système solaire. Les preuves scientifiques suggèrent que chaque grande galaxie contient un trou noir supermassif en son centre. Le trou noir supermassif au centre de la galaxie de la Voie Lactée est appelé Sagittaire A. Il a une masse égale à environ 4 millions de soleils et pourrait tenir dans une boule d'un diamètre proche de la taille du soleil.

 Le dessin d'un artiste montre la vue actuelle de la galaxie de la voie lactée. Les preuves scientifiques montrent qu'au centre de la voie lactée se trouve un trou noir supermassif.
Crédits: NASA / JPL-Caltech

 

Comment se forment les trous noirs?
On pense que les trous noirs primordiaux se sont formés dans l'univers primitif, peu après le big bang.
Les trous noirs stellaires se forment quand le centre d'une étoile très massive s'effondre sur elle-même. Cet effondrement provoque également une supernova, ou une étoile qui explose, qui projette une partie de l'étoile dans l'espace.
Les scientifiques pensent que les trous noirs supermassifs se sont formés en même temps que la galaxie dans laquelle ils se trouvent. La taille du trou noir supermassif est liée à la taille et à la masse de la galaxie dans laquelle il se trouve.

Si les trous noirs sont "noirs", comment les scientifiques savent-ils qu'ils sont là ?
Un trou noir ne peut pas être vu à cause de la forte gravité qui attire toute la lumière dans le centre du trou noir. Cependant, les scientifiques peuvent voir les effets de sa forte gravité sur les étoiles et les gaz qui l'entourent. Si une étoile est en orbite autour d'un certain point dans l'espace, les scientifiques peuvent étudier le mouvement de l'étoile pour savoir si elle est en orbite autour d'un trou noir.
Lorsqu'un trou noir et une étoile sont en orbite rapprochée, une lumière à haute énergie est produite. Les instruments scientifiques peuvent voir cette lumière à haute énergie.
La gravité d'un trou noir peut parfois être assez forte pour arracher les gaz externes de l'étoile et faire pousser un disque autour de lui-même appelé le disque d'accrétion. Comme le gaz du disque d'accrétion s'enroule dans le trou noir, le gaz chauffe à des températures très élevées et libère de la lumière aux rayons X dans toutes les directions. Les télescopes de la NASA mesurent la lumière aux rayons X. Les astronomes utilisent cette information pour en savoir plus sur les propriétés d'un trou noir.

 

 Cette image du Sagittaire A au centre de la Voie Lactée a été prise par l'Observatoire des rayons X Chandra.
Crédits: NASA / CXC / MIT / F.K. Baganoff et al.

 

Un trou noir pourrait-il détruire la Terre ?
Les trous noirs ne se promènent pas dans l'univers, avalant les mondes au hasard. Ils suivent les lois de la gravité tout comme les autres objets dans l'espace. L'orbite d'un trou noir devrait être très proche du système solaire pour affecter la Terre, ce qui n'est pas probable.
Si un trou noir avec la même masse que le soleil devait remplacer le soleil, la Terre ne tomberait pas. Le trou noir avec la même masse que le soleil garderait la même gravité que le soleil. Les planètes seraient encore en orbite autour du trou noir comme elles orbitent le soleil maintenant.

Le soleil va-t-il jamais se transformer en trou noir ?
Le soleil n'a pas assez de masse pour s'effondrer dans un trou noir. Dans les milliards d'années, quand le soleil sera à la fin de sa vie, il deviendra une étoile géante rouge. Ensuite, quand il aura utilisé le dernier de son carburant, il se débarrassera de ses couches externes et se transformera en un anneau de gaz lumineux appelé une nébuleuse planétaire. Enfin, tout ce qui restera du soleil sera une étoile naine blanche rafraîchissante.

 

 Le Sagittaire A * est le trou noir au centre de la Voie Lactée.
Crédits: NASA / UMass / D.Wang et al., IR: NASA / STScI


Comment la NASA étudie-t-elle les trous noirs ?
La NASA apprend à connaître les trous noirs à l'aide d'engins spatiaux comme l'Observatoire des rayons X de Chandra, le satellite Swift et le télescope spatial Gamma-Ray de Fermi. Fermi a été lancé en 2008 et observe les rayons gamma - la forme de lumière la plus énergétique - à la recherche de trous noirs supermassifs et d'autres phénomènes astronomiques. Des engins spatiaux comme ceux-ci aident les scientifiques à répondre à des questions sur l'origine, l'évolution et le destin de l'univers.

 

Mots à connaître :
masse: la mesure de la quantité de matière dans un objet
étoile géante rouge: une étoile plus grande que le soleil et rouge car elle a une température plus basse
étoile naine blanche: une petite étoile, de la taille de la Terre; une des dernières étapes de la vie d'une étoile

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