Overblog Suivre ce blog
Editer l'article Administration Créer mon blog
23 septembre 2013 1 23 /09 /septembre /2013 00:00
Au fait, c'est quoi un trou noir ?
Pour faire rapide, la stabilité d'une étoile est un équilibre entre la force nucléaire qui est en son centre (et qui fusionne des atomes d'hydrogène) et la force de gravitation.
La force nucléaire fait ressembler une étoile à une bombe... Le souffle de l’énergie dégagée (appelé pression de radiation) a tendance à tout pousser vers l’extérieur et donc à faire grossir l’étoile.
Inversement, la force de gravitation fait que chaque portion de l'étoile attire les autres et fait que l'étoile aurait tendance à rétrécir...
Ces deux forces s'équilibrent pour donner à l'étoile la taille qu'elle gardera pendant une grande partie de sa vie.
 
Le fonctionnement d’une étoile peut-être résumé ainsi :
Une étoile est une concentration d’hydrogène tellement dense qu’elle chauffe à un point que la fusion nucléaire démarre. Les atomes d’hydrogène rentrent en collision les uns avec les autres et fusionnent en donnant des atomes d’Hélium. Ça, c’est le fonctionnement normal de l’étoile qui est alors dans ce qu’on appelle sa séquence principale. Cette fusion n’a lieu qu’au cœur de l’étoile, où la température est de 15 millions de degrés !
 
Bien évidemment, plus le temps passe, et plus l’hydrogène du cœur de l’étoile s’est transformé en Hélium… il y a donc de moins en moins de combustible et petit à petit, la fusion de l’hydrogène va s’arrêter dans le cœur de l’étoile, entrainant une baissse de la pression de radiation… la gravitation va alors prendre temporairement le dessus…
L’étoile va donc commencer à se contracter et cette contraction va avoir deux conséquences :
  • Les couches extérieures au noyau de l’étoile et qui étaient trop froides pour fusionner arrivent alors à bonne température (car la gravitation les resserre alors) et la fusion va démarrer. Comme cette fusion n’a plus lieu dans le cœur de l’étoile, mais dans les couches entourant le cœur, la pression de radiation va l’emporter et les couches de l’étoile vont se mettre à gonfler… L’étoile devient une géante.
  • Le noyau composé majoritairement d’Hélium va se contracter par gravitation et, arrivé autour de 100 millions de degrés, les atomes d’Hélium vont alors pouvoir fusionner les uns avec les autres pour donner des éléments plus lourds (essentiellement de l’Oxygène et du Carbone).
Donc pour résumer, une géante, c’est une étoile qui est arrivée à un stade où son cœur se contracte, mais les autres couches se dilatent.
 
Dans le cœur de l’étoile, l’histoire va se répéter tant que c’est possible, c’est-à-dire qu’une fois que l’Hélium aura disparu dans le cœur de l’étoile au profit du Carbone et de l’oxygène, alors la réaction nucléaire va progressivement s’arrêter. Le cœur va continuer alors à se contracter du fait de la présence d’éléments plus lourds et de la baisse de la pression de radiation.
Selon la masse de l’étoile, deux scénarios sont possibles :
·        Soit la quantité d’Oxygène et de Carbone est trop peu importante à l’intérieur de l’étoile et le noyau de l’étoile va mourir. Il va devenir une naine blanche autour duquel les couches externes du noyau sont propulsées dans l’espace, formant ce qu’on appelle une nébuleuse planétaire.
·    Soit la quantité d’Oxygène et de Carbone est suffisante, et la contraction par gravitation du cœur va entrainer une température telle (1 milliard de degrés) que la fusion de ces éléments va avoir lieu !
...Et ainsi de suite, en fonction de la taille de l’étoile :
-          Le carbone pourra fusionner pour donner du Néon, du Sodium et du Magnésium. Pour des étoiles de la taille du Soleil, cette étape n’aura jamais lieu et la dernière fusion sera celle de l’Hélium.
-          Au-delà de 1,2 milliards de degrés, le Néon fusionne pour donner de l’Oxygène et du Magnésium. Pour les étoiles assez grosses pour en arriver à ce stade, cette fusion va durer à peine plus d’un an !
-          Au-delà de 2 milliards de degrés, l’Oxygène fusionne pour donner du Chlore, du Silicium, de l’Argon, du Calcium, du Potassium, du Titane. Cette étape dure 6 mois environs… Arrivés à ce stade, il vaut mieux ne pas rester dans les parages….
-          Au-delà de 3 milliards de degrés, c’est au tour du Silicium de fusionner pour donner du Fer. Cette étape ne va durer que quelques heures. Cette étape est réservée aux étoiles ayant une masse d’au moins 8 fois celle du Soleil.
-          Très rapidement, le Fer créé par la fusion du Silicium va augmenter dans le cœur de l’étoile qui a continué à se contracter. Dès que les atomes de fer vont commencer à fusionner une chose extraordinaire va se passer :

     Contrairement à toutes les autres fusions qui se sont passées jusqu’à présent et qui libèrent de l’énergie, la fusion du Fer consomme de l’énergie. Très rapidement, toute l’énergie de l’étoile va être absorbée par cette fusion et la pression de radiation va subitement s’arrêter. L’étoile n’est plus alors soumis qu’à sa gravitation et en quelques secondes, elle s’effondre sur elle-même en une gigantesque explosion : Une supernova.

C’est dans cette dernière explosion (quand je dis gigantesque, je suis encore sous la réalité car une supernova est plus brillant qu’une galaxie, pour vous donner une idée !) que tous les autres éléments sont créés (Uranium, Plomb, Or, Platine…)
 
C’est intéressant de savoir que les éléments qui nous composent (Oxygène, Carbone…) et donc qui sont à l'origine de la vie, ont été créés lors de la mort des étoiles… et je suis sûr que vous ne regarderez plus vos bijoux en or de la même manière maintenant que vous savez dans quelles conditions exceptionnelles il a été créé !
 
A l'issu de cette explosion, il reste, au centre, le reste de l'étoile comprimée, appelée étoile à neutron car c'est un objet essentiellement composé de neurons collés les uns aux autres et qui, en fonction de la masse de l'étoile qui a explosé, peut devenir un trou noir... La suite dépend de la vitesse de libération...
 
La vitesse de libération
Si je jette un caillou en l'air, il va retomber sur ma tête ou par terre un peu plus loin.
Si je le jette un peu plus fort alors il ne retombera pas et partira en orbite autour de la Terre.
Si je le jette encore plus fort, alors il ne se mettra jamais en orbite et s'éloignera définitivement de la Terre.
 
Cette vitesse limite à partir de laquelle un objet quitte définitivement l'attraction d'une étoile ou d'une planète est appelée vitesse de libération.
La vitesse de libération se calcule à partir du théorème de la conservation de l'énergie mécanique en partant de ce principe :
 
Au niveau de la surface de la Terre, l'objet de masse m est lancé avec cette fameuse vitesse Vlib et on connait son énergie potentielle à cet endroit :
Ep0=(-GmM/r²).r=-GmM/r
  
L’énergie cinétique quant à elle vaut :
Ec0=1/2.m.Vlib²
Par définition, la vitesse de libération est la vitesse minimale à partir de laquelle l'objet lancé ne reviendra pas sur Terre.
Cet objet se retrouvera à une distance infinie de son point de départ avec une vitesse nulle (puisque c'est la vitesse minimale nécessaire pour quitter à jamais la terre).
On a donc
Epinfini=(-GmM/r²).r=-GmM/r=0 à l'infini car r est très grand
Ecinfini=1/2.m.Vlib²=0 car v=0
 
La conservation de l'énergie mécanique nous donne donc :
1/2.m.Vlib²=GmM/r et donc Vlib=√(2.G.M/r)
 
Que vient faire la vitesse de libération dans un paragraphe consacré aux trous noirs, me direz-vous ?
Voyez plutôt :
Avec la formule que nous venons de calculer, on voit que la vitesse de libération augmente avec la masse de l'objet auquel on veut échapper et de l'endroit d'où on veut en échapper. Il est évident qu'il sera plus facile d'échapper à l'attraction de la Terre si on est au niveau de Jupiter que si on est à la surface de la Terre. Il est aussi plus facile d’échapper à l’attraction de la Lune que d’échapper à celle de la terre et plus facile d’échapper à l’attraction de la Terre qu’à celle du Soleil.
 
Ainsi, par exemple, pour la Terre (M=6.1024kg), la vitesse de libération à sa surface est de :
Vlib=√(2*6,6 10-11*6 1024/6370000)= 11 150 m.s-1
Par contre, au niveau de l'orbite de la Lune,la vitesse de libération pour quitter l'attraction de la Terre est :
Vlib=√(2*6,6 10-11*6 1024/380000000)= 1 432 m.s-1  
Au niveau de la surface du Soleil, la vitesse de libération pour quitter l'attraction du Soleil est :
Vlib=√(2*6,6 10-11*2 1030/700000000)= 614 000 m.s-1  
 
Que se passe-t-il si la vitesse de libération à la surface d'un objet est supérieure à 300 000 km.s-1?
La vitesse de la lumière étant la vitesse maximale que l'on peut atteindre (nous traitons ce point dans une annexe), cela signifie que si, à la surface d'une étoile, la vitesse de libération dépasse la vitesse de la lumière, alors la lumière elle-même ne peut échapper à la gravité de l'étoile.
 
Si la vitesse de libération est supérieure à la vitesse de la lumière, cela signifie que la lumière émise à la surface de l’étoile s'éloignera, et, tel un caillou, retombera sur l'étoile. L'étoile n'émet donc aucune lumière vers l'extérieur et donc est invisible !
 
C'est la définition d'un trou noir !
 
Cette définition est importante, car contrairement à ce que beaucoup de gens imaginent, un trou noir n’est pas un aspirateur ! C’est juste une masse concentrée en un volume très petit.
Cela signifie que si demain matin, on remplaçait le Soleil par un trou noir de même masse, les planètes continueraient à tourner autour comme actuellement, car au final, c’est la masse qui compte.
En revanche, près de la surface du trou noir, l’attraction serait telle que tout serait transformé (l’espace et le temps) et il serait quasiment impossible d’en échapper.
 
De ce fait, connaissant la vitesse de libération minimale d'un trou noir (qui est donc la vitesse de la lumière), connaissant le poids du trou noir, on peut estimer sa taille maximale !
 
Par exemple, pour le trou noir se situant au centre de la Voie Lactée dont nous avons calculé la masse dans le chapitre sur la constante de gravitation (1037 kg) :
 
r=2.G.M/V2lib= (2*6,6.10-11*1037)/9.1016 = 14 666 666 Km=0,1 UA
 
Inversement, si on connait la taille d’un trou noir, alors on peut en déduire sa masse minimale.
Pour information, un trou noir de la masse du Soleil mesurerait 3 km et un trou noir de la masse de la Terre mesurerait moins de 1 centimètre ! Cela vous laisse imaginer l'importance du trou noir situé au centre de la Voie Lactée au regard de sa taille (0,1 UA = 15 Millions de km!) !

Partager cet article

Repost 0
Published by astronomie-smartsmur - dans Annexes
commenter cet article

commentaires

how to stop snoring 20/05/2014 09:25

I have heard that, if properly executed, applications can be developed with black hole which can be used for teleportation. Is that true? If that happens, it would be one of the biggest inventions ever. Thanks a lot for sharing this valuable info about Black hole.

smartsmur 20/05/2014 23:46

Hello,
Ther is indeed such theories, but they are only theories.
You can read the chapter of my blog about the Hubble constant:

http://astronomie-smartsmur.over-blog.com/article-v-6-la-decouverte-de-hubble-117982129.html

I explain how the universe is curved and how we shoud deform it like we deform a plastic ball by pressing on it with the hand,
Thanks to this deformation, we should make distant points of the univers closer.
Black holes distort space and time, so they shoud connect different points of the univers.

But this is only theory. There are lots of theory about black holes: some of then say that they are shortcuts to other parts of the Universe, others say that they are also connections to other universes that would have been generated by their explosions...

Whatever, the answer of this question is not ready to come!