Présenté au concours scientifique « Exp’Osons ! » des 17, 18 & 19 mai 2001 à Namur.

Ce travail comporte de nombreuses définitions, qui parfois, n’ont pas un lien direct avec les sujets. Mais sans cela, les trous noirs auraient été moins “ accessibles ” car moins compréhensibles.  Les mots en vert sont définis en fin de travail dans un “ lexique ”. Il vous faudra donc, de temps en temps, naviguer de pages en pages pour dévoiler le mystère d’un mot. Mais c’est un voyage beaucoup plus long que je vous propose : celui de la découverte d’un objet invisible qui se trouve (le plus proche) à plus de 520 années lumière !

Les quatre forces :

Les diverses particules qui composent notre Univers peuvent interagir de quatre manières différentes. Ces interactions ont un lien étroit avec l’énergie, ce sont toutes les quatre des forces !

Forces	Intensité relative
Nucléaire	10 3
Electromagnétique	1
Lâche	10 -11
Gravitationnelle	10 -39

La force gravitationnelle est la plus faible de toutes. Cependant, elle est la seule cumulative. La force d’attraction est directement liée à la masse : plus la masse est importante et plus l’attraction sera grande. Il n’y a pas d’unité. Elles sont comparées à la force électromagnétique (comme l’hydrogène pour les autres éléments chimiques).

Naissance d’une étoile :

A la base, un grand nuage de gaz (hélium et hydrogène). Une étoile se crée par réaction à la force de gravité, en effet les particules du nuage s’effondrent sous son action. L’attraction mutuelle des atomes amorce des détonations nucléaires à l’intérieur du nuage de gaz en effondrement. Ce qui engendre une pression thermique qui compense la gravité et arrête l’effondrement. Une étoile vient de naître et elle disperse son énergie sous forme de lumière dans tout l’Univers.

Mais le combat entre la force nucléaire et gravitationnelle n’est pas encore gagné. L’effondrement n’a été que temporairement freiné par la combustion nucléaire et quand tout le combustible est brûlé, la contraction reprend !

Fin de la vie d'une étoile

Quand une étoile géante (environ 8 fois la masse du soleil) a brûlé tout son hydrogène, elle ne peut plus produire le rayonnement (et la pression) nécessaire à contrebalancer sa propre force de gravitation. Elle va donc se contracter, provoquant son réchauffement interne. Quand sa température aura suffisamment augmentée, la fusion de l’hélium va commencer, rétablissant ainsi l'équilibre entre pression interne et gravitation, et l'étoile connaîtra une nouvelle phase de stabilité, bien plus courte que la première puisque l'hélium se consume beaucoup plus rapidement. Puis le même scénario va se répéter, amenant tour à tour la fusion des éléments plus lourds. Lorsque le centre de l'étoile devient un noyau de fer (élément qui ne va pas fusionner) d'une masse d'environ 1,4 fois la masse du soleil avec une température de plusieurs milliards de degrés et une densité de plusieurs tonnes par centimètre cube, la pression est telle que les électrons des atomes vont entrer en contact avec les noyaux et interagir avec les protons des noyaux pour former des neutrons avec émission de neutrinos (voir définition : neutrons (étoile à)). Cela provoque l'effondrement du cœur de l'étoile (implosion) et l'éjection des couches extérieures (supernova). La quantité d'énergie ainsi libérée en quelques heures sous forme de neutrinos, d'énergie cinétique du gaz de l'enveloppe et de lumière vaut un million de milliards de fois l'énergie émise par notre soleil pendant le même temps. Rien d'étonnant qu'une telle explosion soit parfois visible depuis la terre même en plein jour ! A la place de la défunte étoile il reste maintenant qu’une étoile à neutron (boule de matière constituée uniquement de neutrons) tournant sur elle-même à très grande vitesse (plusieurs centaines de tours par seconde) et possédant un puissant champ magnétique. Chaque fois que l'axe magnétique pointe vers nous, nous recevons un pulse, et ceci à chaque rotation de l'étoile. C'est pourquoi on appelle ceci un pulsar. Si l'étoile à neutron ne s'effondre pas sur elle-même malgré son faible diamètre (typiquement 10-20 kilomètres) et sa très haute densité (environ un milliard de tonnes par centimètre cube), c'est uniquement grâce au "principe d'exclusion de Pauli", qui empêche deux particules identiques (neutrons, protons ou électrons) d'occuper exactement la même position.

Mais si la masse dépasse environ 3 fois la masse du soleil, l'étoile à neutrons va se contracter davantage et former un trou noir.

Trous noirs : c'est une région de l'espace-temps où la courbure est telle que même la lumière ne peut s'en échapper. On distingue deux types de trous noirs, les trous noirs primordiaux (issus des premiers temps de l'Univers), et les trous noirs stellaires (formés par l'effondrement d'une étoile).

Plus explicitement :

Courbure de l'espace-temps : Depuis Isaac Newton jusqu'au début de ce siècle, l'espace était considéré comme "plat", et les objets qui s'y trouvaient s'attiraient mutuellement par la force de gravitation. Cette force est proportionnelle au produit des masses des objets qui s'attirent, et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare :

(Masse de l'objet 1) x (Masse de l'objet 2)
Force = ------------------------------------------------------------------
Distance x Distance

Cela avait, entre autres, la conséquence que la lumière n'était pas influencée par la force de gravitation puisque sa masse est zéro. Or depuis 1915, date de la parution de la Théorie de la Relativité Générale par Albert Einstein, l'effet de la présence d'objets massifs dans l'Univers est interprété très différemment. Ainsi une masse va "courber" l'espace autour d'elle, et les autres objets vont subir l'effet de cette courbure, modifiant ainsi leur trajectoire.

Comparaison intuitive : si l'on pose une boule de tennis sur un drap légèrement tendu à plat, des rides vont se former sur le drap autour de la boule, et ces rides vont dévier la trajectoire d'autres boules que l'on ferait rouler sur le drap.

Cette nouvelle vision de la gravitation implique que même la lumière devrait subir l'effet de la gravitation. Cela fut vérifié expérimentalement pour la première fois lors de l'éclipse de soleil du 29 mars 1919 par Eddington et Dyson : ils mesurèrent que la position apparente des étoiles proches du disque solaire occulté par rapport aux autres étoiles était légèrement différente des mesures effectuées lorsque le soleil se trouvait ailleurs sur sa trajectoire (quelques mois plutôt). Ainsi la lumière des étoiles lointaines est déviée quand elle passe très près d'une masse importante comme le soleil. Et cette déviation est d'autant plus importante que la masse considérée est élevée.

Trous NOIRS :

Avec les explications ci-dessus il est maintenant possible de détailler ce qu'est un trou noir. Il s'agit donc d'une masse très grande concentrée en un volume insignifiant. Le champ gravitationnel ainsi engendré est tel que la courbure de l'espace-temps autour de cette masse aura une courbure suffisamment forte pour obliger la lumière à retomber au centre de l'objet, l'empêchant ainsi de se propager librement dans l'espace. Ce phénomène a lieu jusqu'à une distance typique de quelques kilomètres du centre de l'objet, et au-delà de cette limite (appelée horizon du trou noir), la courbure n'est plus assez forte pour empêcher la lumière de s'échapper.

Image d’un trou noir et de son horizon

L'Horizon des Trous Noirs : Les trous noirs sont constitués d'un centre extrêmement massif qui attirent tous les objets de son entourage. Il existe une surface entourant le trou noir et à l'intérieur de laquelle, aucun objet ne peut échapper à l'attraction de l'objet. Tout corps se trouvant à l'intérieur de cette surface est condamné à être aspiré par la quantité de masse située au centre du trou noir et donc à augmenter cette masse et donc à accroître son attraction. Cette surface étant le dernier point d'où la lumière peut nous parvenir, on l'a nommée "horizon du trou noir". Cette surface est aussi appelée “ horizon des événements ”. Le rayon de l’horizon des événements vaut deux fois la masse du trou noir multipliée par la constante universelle de la gravitation et divisée par le carré de la vitesse de la lumière : soit 2mG/C². Dans le cas du soleil, ce calcul fournit un diamètre de 6.4 km seulement !

Le nom "trou noir" vient précisément du fait que rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper et donc, comme il n'émet rien du tout, on ne peut pas le voir de l'extérieur (il est "invisible"). Le seul effet observable d'un tel objet est donc la perturbation que son champ gravitationnel occasionne sur les autres objets situés dans les environs.

Formation de trous noirs :

Antimatière : Toute particule possède une antiparticule. Ainsi l'électron a une antiparticule appelée positron, le proton a une antiparticule appelée antiproton, le neutron a une antiparticule appelée antineutron, le photon (particule de lumière) est sa propre antiparticule, le neutrino a une antiparticule appelée antineutrino, etc. Une particule et son antiparticule se distinguent par le fait que toutes les grandeurs qui les caractérisent (charge électrique, nombre leptonique, nombre baryonique, etc.) sont de signe opposé, sauf leur masse qui est rigoureusement identique.

Exemple : l'électron a une charge électrique -1 et le positron a une charge électrique +1, leurs masses étant les mêmes. Le comportement de la matière et de l'antimatière est rigoureusement identique, de sorte que si toutes les particules de matière du monde qui nous entoure étaient remplacées par leurs antiparticules respectives (y-compris les particules dont nous sommes nous-mêmes constitués), nous ne remarquerions aucune différence : ce n'est que par comparaison avec la matière que l'antimatière se distingue.

Interactions entre particules : Deux particules peuvent interagir et former de nouvelles particules pour autant que certaines règles de conservation soient respectées, comme par exemple la charge électrique totale ou l'énergie totale. Ainsi deux protons (ayant chacun une charge électrique +1) ne peuvent pas se transformer en deux neutrons (ayant une charge électrique 0) car sinon la charge électrique totale ne serait pas conservée (elle serait égale a +2 avant et 0 après la réaction). De même un neutron (charge 0 et nombre leptonique 0) ne pourrait pas se désintégrer en un proton (charge +1 et nombre leptonique 0) et un électron (charge -1 et nombre leptonique +1), car si la charge est conservée, la nombre leptonique ne l'est pas (0 avant et +1 après). Par contre un neutron (charge 0 et nombre leptonique 0) pourrait se désintégrer en un proton (charge +1 et nombre leptonique 0), un électron (charge -1 et nombre leptonique +1) et un antineutrino (charge 0 et nombre leptonique -1). De cela on déduit une caractéristique importante de l'antimatière : comme tous les nombres caractéristiques d'une antiparticule sont opposés à ceux de la particule correspondante, leur somme est toujours 0.

Ainsi quand une particule et une antiparticule se rencontrent, la transformation (Particule de type 1) + (Antiparticule de type 1) -> (Particule de type 2) + (Antiparticule de type 2) est toujours possible puisque tous les nombres caractéristiques sont 0 avant et après la réaction. Typiquement on aura (Particule de type 1) + (Antiparticule de type 1) -> Photon + Photon : elles vont s'annihiler mutuellement pour créer de la lumière. La réaction inverse est aussi possible : une paire Particule + Antiparticule peut être créée à partir de l'énergie de deux photons, pour autant que la conservation de l'énergie soit respectée (énergie E des photons = masse m de la particule et de l'antiparticule multipliée par la vitesse de la lumière au carré, c’est-à-dire : E = m c² d'après la fameuse formule d'Einstein).

Trous noirs d’origine Galactique :

Cosmologie primordiale : Juste après le Big-Bang, l'Univers ne contient pas encore de matière, mais seulement de l'énergie (des photons). Or ces photons vont pouvoir créer des paires de particules- antiparticules selon l’explication ci-dessus. C'est par ce processus que toute la matière présente dans l'Univers s'est formée. Cela implique que la quantité de matière doit être la même que la quantité d'antimatière dans l'Univers, puisque la formation d'une particule ne peut se faire que simultanément avec la formation d'une antiparticule. Bien entendu, les particules et antiparticules ainsi formées peuvent ensuite s'annihiler à nouveau mutuellement en reproduisant 2 photons. Cela pose une question dont la réponse n'est pas très claire à ce jour : si le nombre de particules et d'antiparticules est identique, elles devraient finir par s'anéantir mutuellement et l'Univers ne devrait contenir que de l'énergie (pas de matière), car la réaction inverse (Photon + Photon => Particule + Antiparticule) est devenue très rare depuis que l'Univers s'est étendu et refroidi. Il y a deux explications plausibles à cela :

1. - La symétrie de comportement entre matière et antimatière n'est pas parfaite, et l'antimatière serait moins stable que la matière, de sorte qu'une partie de l'antimatière aurait disparue de l'Univers. C'est pour cela que l'Univers actuel contiendrait de la matière. Il n'y a cependant pas de preuve formelle d'un tel phénomène à ce jour.
2. - Dûe à des fluctuations dans l'Univers primordial, la répartition de matière et d'antimatière dans l'Univers actuel ne serait plus uniforme. Ainsi certaines régions de l'Univers pourraient être constituées de matière (telle la région de notre galaxie), alors que d'autres seraient en antimatière. Comme seule la lumière se propage en grande quantité d'un endroit de l'Univers à l'autre et que la lumière (le photon) est identique a son antiparticule, on ne peut pas le vérifier aisément.

Les recherches se poursuivent dans les instituts de recherche fondamentale pour tenter de vérifier ces hypothèses, notamment dans une université près de Genève, ou dans l'espace avec le détecteur AMS.

Selon une théorie, il y aurait des trous noirs dans chaque centre de galaxie. L'image ci-dessous montre la galaxie d'Andromède qui a probablement un trou noir en son centre. Ces trous noirs peuvent avoir été formés de diverses façons. La première façon, serait que certains trous noirs seraient apparus quelques instants après la formation de notre univers (par le Big Bang).

La deuxième indique qu’un amas d'étoiles se serait attiré et concentré en un petit volume créant ainsi une masse très élevée capable d'attirer d'autres astres. Après que l'amas soit assez massif par rapport à un petit volume, il deviendrait un trou noir. Or on sait que dans une galaxie, les étoiles (comme tous les corps célestes) sont attirées par spirale vers le centre. Ce qui explique pourquoi les scientifiques sont convaincus qu’en chaque galaxie réside un trou noir.

Trous noirs provenant d'une étoile :

Les trous noirs sont formés à la fin de la vie des étoiles les plus massives. Durant leur vie il y a un équilibre dans une étoile, les forces de rayonnement compensent celles de la gravitation.

A sa mort l'étoile n'a plus de force de rayonnement donc elle se ratatine en une masse assez grande pour commencer à attirer tout ce qui l'entoure c'est le début d'un trou noir.

C'est comme si la terre se compacterait vers le noyau. Mais une étoile résiste pour un certain temps à cette attraction en brûlant certains gaz (principalement de l'hydrogène). Cette combustion est faite au milieu de l'étoile (cœur), et la température peut atteindre plus de 50 millions de degrés Celsius. À cette température, des réactions nucléaires surviennent. À un certain moment, il n'y a plus le carburant nécessaire pour faire les réactions nucléaires et l'étoile grossit énormément pour devenir ce que l'on appelle une géante rouge.

Après cette étape, l'étoile a trois possibilités qui s'offrent à elle, dépendant de la masse qu'elle a. Elle peut devenir une naine blanche si sa masse est de moins de 1.4 fois la masse de notre soleil. Si l'étoile était un peu plus massive, soit moins de 3.2 fois la masse de notre soleil, elle devient une étoile à neutrons. Si la masse de l'étoile était de plus de 3.2 fois la masse du soleil, cette étoile se transforme en trou noir.

Si l'étoile était assez massive pour former un trou noir, celle-ci n'a plus le carburant permettant de ne plus se rétracter vers son centre. L'étoile, s'attire donc vers son noyau à l'infini, c'est à dire, qu'elle n'arrêtera plus de s'attirer et forme ainsi un trou noir. Puisque ce trou noir s'attire, il attire aussi tout ce qui passe près de lui, incluant la lumière et même d'autres trous noirs pour en former un toujours plus attirant.

Le "physique" des trous noirs :

Black Holes have no Hair : Les Trous Noirs n'ont pas de Cheveux.

Mais qu’est l’émission d’ondes gravitationnelles par un trou noir puisque aucun rayonnement, pas même le gravitationnel, ne peut s’en échapper ? Un trou noir seul, n’est pas la cause d’ondes gravitationnelles. Ces ondes peuvent provenir d’un trou noir en formation ou d’un deuxième corps (matière qui tombe).

“ Black Holes have no Hair ”, ce théorème établit que le trou noir est un objet régulier (“ chauve ”) : il n’est décrit que par sa masse. Lorsque qu’elle étoile se transforme en trou noir, ses irrégularités (“ montagnes ”, champ magnétique) engendrent des “ aspérités ” dans l’horizon des événements. Celui-ci vibre, de manière à évacuer ses aspérités sous forme d’ondes gravitationnelles : le trou noir perd ses cheveux et devient une sphère quasi parfaite. Ainsi se précise le lien entre trou noir et ondes gravitationnelles : ils sont tous deux des déformations de l’espace-temps, et l’irrégularité du trou noir se change en ondes gravitationnelles pour le quitter.

Détecter un trou noir :

Le Rayonnement de Hawking :

Il peut être intéressant d'étudier ce qu'on peut voir du trou noir. Le trou noir en lui-même est totalement invisible, de par le fait qu'il absorbe toute la lumière qui passe en son voisinage. Il n'émet donc aucune lumière.

Cependant, Hawking a montré qu'il était en fait possible de capter du rayonnement qui en fait provient du trou noir. En effet, un principe^[1] autorise la violation de la conservation de l'énergie pendant un court instant. Une paire de particule peut donc apparaître à partir du vide à condition qu'elle s'annihile peut après. Si ce phénomène se produit près de l'horizon d'un trou noir, une des deux particules peut pénétrer l'horizon sans l'autre. La première va alors être absorbée et pas l'autre. La paire ne s'annihilera donc jamais et la particule résultante va continuer son trajet et pouvoir être captée par un observateur.

C'est ce qu'on appelle le rayonnement de Hawking. Cependant ce phénomène reste très faible et ne permet pas de détecter un trou noir de manière sûre.

Le Disque d'Accrétion

Malgré le faible rayonnement d'Hawking, les trous noirs sont quasiment invisibles. Cependant, il est possible de les repérer en étudiant leur entourage.

Les trous noirs possèdent un disque d'accrétion constitué par la quantité de matière qui, attirée, se met à tourner autour de l'horizon jusqu'à finalement y entrer. L'observation de ce disque permet alors de savoir si l'objet situé en son coeur est très massif. En effet, si c'est le cas, les rayons lumineux émis par le disque vont être très déviés par l'intense champ gravitationnel. Le disque vu de profil, légèrement par le dessus sera complètement déformé :

la partie arrière est complètement basculée vers l'avant tandis que la face inférieure de cette partie apparaît également par en dessous. La partie avant n'est que peu déformée puisque les rayons qu'elle émet vers l'observateur ne passent pas à proximité du cœur massif.

Les Forces de Marée :

Un effet remarquable apparaît lors du passage d'un objet au voisinage d'un trou noir : avant tout, rappelons qu'une mécanique classique, la force de gravitation décroît avec la distance et croît avec la masse des corps. Bien qu'en relativité générale le phénomène soit beaucoup plus complexe, il en reste similaire.

Considérons une barre de masse non nulle, orientée dans la direction d'un autre corps massif. La force gravitationnelle exercée par ce corps sur les différents points de la barre varie puisque la distance entre ces points et la masse varie. Concrètement, l'extrémité proche du corps est plus attirée que l'autre. La barre subit donc une force qui l'étire. C'est ce qu'on appelle, la force de marée.

Ces forces permettent notamment d'expliquer pourquoi l'eau située à la surface terrestre se déplace en suivant les mouvements de la lune et crée donc des marées. Cependant, ce phénomène reste souvent très faible puisque la force de gravitation varie peu, en valeur relative, sur les intervalles considérés. En revanche, même si cette variation relative reste négligeable, elle peut, en valeur absolue devenir colossale. Il suffit pour cela d'avoir un corps suffisamment massif, comme un trou noir. Les forces de gravitation à son voisinage deviennent si grandes que leur variation sur une petite distance l'est également.

Un objet passant à proximité d'un trou noir va donc subir des forces de marée qui vont l'étirer jusqu'à ce qu'il éclate.

Les ondes gravitationnelles :

La matière détermine une dynamique de l’espace-temps. Les trous noirs et les ondes gravitationnelles sont des déformations d’une région de l’espace-temps où la matière est absente. Pour les trous noirs, la  ‘matière’ se concentre dans la singularité : entre celle-ci et l’horizon des événements (frontière fictive et donc immatérielle), il n’y a rien (c’est le néant, le vide) ! De même, une onde gravitationnelle résulte d’une perturbation de la structure de l’espace-temps et n’a aucun support matériel.

Par contre, les trous noirs sont des sources qui peuvent émettre de telles ondes détectables sur terre. Selon les calcules elles ont une amplitude h de 10^-21, correspondant à une variation de longueur d’un millième de femtomètre (un femtomètre vaut 10^-15 mètre) pour une longueur L d’un kilomètre.

Ce qui permettra de prouver définitivement l’existence des trous noirs :

Au sein d’une galaxie, un trou noir massif avale des étoiles. Lorsqu’elles sont peu denses, elles sont détruites par les forces de marée en s’approchant du trou noir. Par contre, des objets beaucoup plus massifs et denses comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs stellaires (voir pages plus haute : formation trou noir à partir d’une étoile), résisteront et chuteront en spirale jusqu'à l’horizon des événements.

L’enregistrement du signal gravitationnel émis par une telle circonstance permettra aux scientifiques de cartographier la structure de l’espace-temps autour du trou noir massif. On comparera ensuite la structure avec la solution mathématique de Kerr, qui décrit les trous noirs en rotation. Ce calcul annonce une forme spécifique de la courbure de l’espace-temps des trous noirs : aucune étoiles ni amas d’étoiles ne peuvent courber l’espace-temps de cette sorte.

Cette observation définira une fois pour toute l’existence des trous noirs dans notre univers.

“ Ce sera l’un des premier résultats de la nouvelle astronomie du 21eme siècle, l’astronomie des ondes gravitationnelles. ”

Fin de la vie d’un trou noir :

Toute chose à un début et une fin, les trous noirs ne font pas exception à la règle. Un trou noir fini par s’évaporer. Il rayonne toute sa masse sous forme de photons et autres particules. Cela du notamment au principe de “ l’antimatière ”. Sa vie aura comptée 1070 années à notre échelle.

Est-il possible que des trous noirs soient des passages vers d'autres univers parallèles ou des raccourcis vers d'autres galaxies ?

A priori, il n'existe aucun moyen de ressortir d'un trou noir. Il n'y a pas non plus de “derrière un trou noir”. Le sort de loin le plus probable est celui qui est prédit par la relativité générale : tout objet qui pénètre à l'intérieur d'un trou noir, sera aspiré vers le centre, sera broyé et, finalement, fera partie intégrante du trou noir.

Cependant la relativité générale pourrait quand même permettre de sortir d'un trou noir si celui-ci fait partie d'un “trou de ver”. Un “trou de ver” serait une sorte de tunnel dans l'espace temps, qui relierait un trou noir à un autre situé soit dans le même Univers, soit dans un hypothétique Univers parallèle.

L'existence de “trous de ver” ou d'Univers parallèles reste pourtant complètement spéculative et entre plutôt dans le domaine de la science-fiction que de la physique. Nous n'avons aucun fait observationnel suggérant la présence d'un “trou de ver”. L'existence d'une solution mathématique n'est en aucun cas une preuve de l'existence, ni même de la possibilité d'existence de cette solution (en l'occurrence le “ trou de ver ”). La nature rejette souvent des solutions mathématiquement possibles ; on dit alors que la solution n'est pas physique.

Exemple : particules de masse négative.

Finalement, il faut bien se rendre compte qu'un “ trou de ver ” ne se laisserait pas traverser facilement. Les forces de marées, qui tendent à allonger tout corps tombant dans le trou noir, sont d'autant plus grandes que le trou noir est peu massif. A moins d'avoir un trou noir super massif, ces forces énormes disloqueraient facilement un vaisseau spatial tombant dans le trou noir, ne lui laissant aucune chance de le traverser en entier !

Définitions

Accrétion : Processus d’agglomération d’éléments matériels quelconques.

Année-lumière : Unité de mesure astronomique. Si un point dans l’espace se trouve à une année-lumière, cela veut dire qu’il faudrait un an pour y parvenir à la vitesse de la lumière.

Dynamique : partie de la mécanique qui étudie le mouvement considéré dans ses rapports avec les forces qui en sont les causes.

Espace-temps : Manière de situer un objet dans les dimensions hauteur, largeur et profondeur et de considéré aussi celle du temps.

Neutron (étoile à) : Considérons une étoile dix fois plus massive que le Soleil. Quand elle a consommé la majeure partie de son hydrogène, elle enfle, puis se contracte. Mais au lieu de se stabiliser à l’état de naine blanche, elle continue de s’effondrer. Elle atteind alors des températures et des densités extrêmes, qui la font exploser. Cette explosion est nommées Supernova. Il ne reste ensuite que le cœur condensé de l’étoile, au centre d’un nuage en expansion. La plupart des électrons ont réagis avec les protons pour former des neutrons : d’où le nom étoile à neutrons.

Unité astronomique : U.A c’est une distance qui équivaux à 150 millions de km (c’est la distance terre -soleil).

Vitesse radiale : relatif au rayon, disposé selon un rayon (petit Robert). Vitesse qui caractérise le mouvement d’un astre suivant la direction (le rayon qui le joint à l’observateur).

Naine brune : étoile effondrée sur elle-même sous l’action des forces de gravité, et qui n’a pas put amorcer des réactions nucléaires et donc produire de la lumière.

Etoile : c’est un astre formé de gaz et de plasma, suffisamment massif pour que la gravitation y provoque et y entretienne des réactions de fusion thermonucléaire, qui se manifestent par l'émission de flux de particules et de rayonnements électromagnétiques, notamment sous forme de lumière.

Planète : corps céleste qui tourne autour d’une étoile. Et qui est beaucoup plus petit qu’une étoile et non lumineux.

Pulsar : Les pulsars sont constitués par les restes clignotants d’une supernova après son explosion : ce sont probablement des étoiles à neutrons d’une extrême densité.

Pulse : c’est une pulsation. Les pulsars sont nommés ainsi car ils envoient un mouvement vibratoire répétitif (des pulses), sinusoïdal.

Singularité : un trou noir est composé d’un horizon qui entoure un ‘centre’ de matière. Ce centre est appelé singularité ; c’est un petit noyau à densité infini, toute la matière qui tombe de l’horizon y est disloqué et comprimé.

Trou de ver : Certaines théories affirment que certains trous noirs conduisent à des fontaines blanches qui permettrait de voyager dans l'univers et aussi dans le temps. L’autre nom de cette théorie est “trou de ver”, sorte de tunnel dans l'espace temps, qui relierait un trou noir à un autre.

Naine brune	étoile	planète
[0.07 ; 0.012] Mo	< 0.1 masse solaire (Mo)	> 0.012 Mo (12 x Jupiter)
centre du système sol.	centre du système solaire	tourne autour d’une étoile
Peu ou pas de lumière	forte intensité de lumière	pas de lumière
gaz (hélium, hydrogène) gravitation faible	gaz (hélium, hydrogène) gravitation élevée	éléments solides gravitation très faible

“ Et si en dépit de notre bon sens, nous vivions au-dedans d’un immense trou noir dont les pulsions assureraient l’équilibre stellaire ? ”

Isaac Asimov

Bibliographie :

• “ Trous Noirs ”, Isaac Asimov, édition l’Etincelle 1977.
• “ Les Trous Noirs ”, Hors-Série de Pour la Science, juillet 1997,
• “ L'Univers de la Gravitation ”, Hors-Série de Science et Vie, décembre 1998.
• “ Les ogres galactiques ”, science et vie Junior.
• Site web : http://www.isteem.univ-montp2.fr/PERSO/magnan/trounoir/trounoir.html

^[1] Le principe d'incertitude d'Heisenberg appliqué à l'énergie et au temps et se base sur les fluctuations du vide quantique.