formation d'un trou noir

[invite7edac043]

Bonjour à tous,

Je dois rédiger un rapport concernant la formation des trous noirs et j'aimerai avoir quelques bonnes références bibiographiques ou je pourrais trouver les équations décrivants le phénomène.
Pouvez vous m'aider svp?

[invite88ef51f0]

Salut,
Quel niveau exactement ? Tu connais la relativité générale ?

[invite7edac043]

je suis actuellement en L3 physique, j'ai abordé la relativité restreinte mais pas encore la relativité générale ( d'un point de vue formel). Mon prof m'a prévenu que j aurai besoin des équations de la RG surtout lors de la phase de modélisation. Je compte donc me former sur le tas, c'est pour cette raison que je cherche des ouvrages assez spécialisé et décrivant l'efondrement des étoiles massives.
Peut-être je devrais commencer par des ouvrages généralistes sur la RG?

[invite88ef51f0]

Ok, très bien. La métrique de Schwarzschild, qui décrit un trou noir, est assez simple à comprendre et est la base de la RG. Par contre, l'aspect formation lui-même risque d'être plus complexe, que ce soit d'un point de vue relativité mais aussi simplement évolution stellaire.
Je n'ai pas de références sous la main, mais je peux te dire que tu trouveras pas mal de choses intéressantes en cherchant du côté de Schwarzschild et de Chandrasekhar.

J'espère que d'autres (j'ai certaines noms en tête ) auront de bonnes références sous la main.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Calvert]

Salut!

Concernant l'évolution stellaire elle-même (qui te fournira tes conditions initiales, en fait), il faut chercher chez:

Chandrasekhar: Principle of stellar dynamics

Eddington:
The Internal Constitution of Stars

Kippenhahn & Weigert:
Stellar Strucure and Evolution

En attendant un livre qui sortira l'année prochaine et qui sera plus complet (intégrant tous les progrès réalisés ces denières décennies avec la rotation, les ondes internes, le champ magnétique, et surtout plein de détails sur les techniques numériques) écrit par Maeder.

Concernant les objets compacts, la référence que j'ai en tête me semble être une bonne approche pour commencer:

le Shapiro & Teukolski

Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars: The Physics of Compact Objects

[invite7edac043]

Merci pour les refs! je prends bonne note

[inviteda16ae79]

D'un point de vue statique, le théorème de Buchdahl montre que pour un corps de densité uniforme où GM/c^2R tend vers la limite de 4/9, rien ne peut arrêter l'effondrement en trou noir (pour une introduction, cfr. p.e. le chapitre 10 du cours de RG de Schutz).

Mais l'étude dynamique de l'effondrement est évidemment un problème beaucoup plus complexe. Le point de départ paradigmatique à ce problème est la solution analytique de Oppenheimer-Snyder (1), décrivant l'effondrement gravitationnel d'une sphère homogène de poussière (un cas super-simplifié).

Très peu de solutions analytiques existent au délà de ce cas, et presque aucune pour le cas d'un fluide à pression non nulle. Les détails du processus de formation d'un trou noir astrophysique sont d'une formidable complexité et demeurent presque inconnus. Ils sont principalement étudiés par voie de simulations numériques sophistiquées (ex. méthode Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura).

--
(1) J. R. Oppenheimer, H. Snyder, "On continued gravitational contraction", Phys. Rev. 56, 455–459 (1939).

[invitef7820f26]

D'un point de vue statique, le théorème de Buchdahl montre que pour un corps de densité uniforme où GM/c^2R tend vers la limite de 4/9, rien ne peut arrêter l'effondrement en trou noir (pour une introduction, cfr. p.e. le chapitre 10 du cours de RG de Schutz).

Mais l'étude dynamique de l'effondrement est évidemment un problème beaucoup plus complexe. Le point de départ paradigmatique à ce problème est la solution analytique de Oppenheimer-Snyder (1), décrivant l'effondrement gravitationnel d'une sphère homogène de poussière (un cas super-simplifié).

Très peu de solutions analytiques existent au délà de ce cas, et presque aucune pour le cas d'un fluide à pression non nulle. Les détails du processus de formation d'un trou noir astrophysique sont d'une formidable complexité et demeurent presque inconnus. Ils sont principalement étudiés par voie de simulations numériques sophistiquées (ex. méthode Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura).

--
(1) J. R. Oppenheimer, H. Snyder, "On continued gravitational contraction", Phys. Rev. 56, 455–459 (1939).

Bonjour pouvez vous me dire de quoi est constitué un trou noir (matierre,gaz )est pouriez vous me dire comment on les reperes
en meme tamps que auto grativité est d'ou vien l'astronomie et les constellation
merci de me répondre

[Gilgamesh]

Bonjour pouvez vous me dire de quoi est constitué un trou noir (matierre,gaz )est pouriez vous me dire comment on les reperes

Un trou noir se présente simplement comme une sphère tout à fait vide, sauf en un point, au centre, qui concentre toute la masse, la singularité. Cet espace sphérique possède une surface appelée l'horizon. La caractéristique première de cet horizon, c'est qu'il ne peut être traversé que dans un seul sens : un corps dont la trajectoire passe sous l'horizon, venant de l'extérieur, ne peut pas retraverser l'horizon dans l'autre sens, et ne peut pas non plus rester immobile sous cet horizon. Toutes les trajectoires aboutissent au centre en un temps fini.

Imaginons qu'on soit muni de retro-fusée super efficaces (de puissance aussi grande que l'on veut) et qu'on s'approche d'un TN en chute libre (en tombant dessus depuis l'espace), réacteur éteint. Tant qu'on est loin, on peut toujours arrêter sa chute en rallumant ses réacteurs et crac on s'immobilise par rapport au trou noir. On peut toujours si on veut se trouver parfaitement immobile par rapport à lui, il suffit de se donner une accélération de signe opposée à la pesanteur. Puis si on veut on stoppe à nouveau les réacteur et on tombe à nouveau, puis on s'arrête à nouveau si on a envie, etc. Le seul truc, c'est que plus je suis près, plus il faut augmenter la puissance des réacteur pour se freiner. L'accélération de la pesanteur augmente en effet avec l'inverse du carré de la distance (g ~ 1/d²). A ce stade, il n'y absolument aucune différence entre un trou noir et tout autre corps massif de l'univers (une planète, une étoile, etc).


Avec un astre quelconque, ce petit jeu s'arrête quand on atteint la surface du corps : on se pose dessus. Sur Terre, on se trouve encore à 6400 km du centre. Et si on veut continuer à ce jeu là, il faut creuser. Simplement, quand on creuse, la masse se trouvant "sous nos pieds" devient de plus en plus petite. Les masse terrestre qui se trouvent dans la coquille "au dessus de la tête" s'annule en effet et ne contribue plus à donner du poids. Autrement dit quand on pénètre DANS un objet massif, la gravité diminue. Ce qui fait que si on arrive au centre de la Terre, la force qui attire devient nulle, on flotte à l'intérieur.

Maintenant imagines que la masse de la Terre soit concentrée dans une petite bille de 2 cm de diamètre (ce serait le diamètre d'un trou noir de même masse que la Terre). Quand tu t'approches de la bille, toute la masse se trouve encore sous tes pieds ! Si tu es à 6400 km de la bille, elle t'attire exactement comme t'attirait la Terre. Il est donc faux de dire, comme on l'entend souvent, que les trous noirs "attirent tout dans l'Univers". Il n'attirent pas plus qu'un astre de même masse.

La différence c'est que si tu te trouves à une distance de 1000 km du centre, quand c'était la Terre, tu pesais moins lourds, car la sphère attractive ne faisait plus que 1000 km, la coquille de roche de 5400 km se trouvant au dessus de ta tête ne contribuant plus à t'attirer vers le centre. Tandis que si c'est un trou noir, la bille de 2 cm est là tout en bas, qui t'attire encore de toute sa masse. Et c'est en 1/d². Ca veut dire que si la distance a été divisée par 6,4 (pour passer de 6400 km à 1000 km) la force attractive (le poids) va être multipliée par 6,4² soit 41. Si tu pèses 70 kg à la surface de la Terre, là tu vas peser 2,8 tonnes.

En outre, la différentiel des forces qui s'exerce entre ta tête et tes pieds va également augmenter.

Si tu es debout à 6400 km du trou noir (6 400 000 mètres), le ratio entre l'accélération de pesanteur au niveau de la tete et des pieds, si tu mesure 1,70 m est : g0 * (1-(6 400 001,7)²/(6 400 000)²) soit 0,0000005 g0, avec g0=9,81 m/s², l'accélération de la pesanteur à 6400 km. Le différentiel tout a fait négligeable.

Si tu es à 10 km, g l'accélération de la pesanteur est :

g= g0 * 6400²/10² = 409 600 g0

Tu pèses 409 600 fois plus lourd. Bon, si tu es en chute libre, c'est pas bien grave : tu es comme en apesanteur. Mais le gradient de pesanteur entre ta tête et tes pieds est cette fois :

g * (1-(10 001,7)²/(10 000)²)= 0,000340029 g soit 140 g0.

Autrement dit, quand tu t'approche à 10 km du trou noir, c'est comme si tu avait 140 personnes de même poids que toi accrochées à tes chevilles à la surface de la Terre... Et ce gradient augmente inexorablement au fur et à mesure que tu t'approches.

C'est ce qu'on appelle l'effet de marée. Les corps massifs qui s'approchent trop d'un trou noir vont être désintégrés par le gradient de gravité. La distance en deça de laquelle un corps massif ne peut plus maintenir sa cohésion est la distance de Roche (du nom d'Edouard Albert Roche qui la calculée).


En imaginant qu'on envoie une sonde toute petite (pour résister à l'effet de marée) avec les super retrofusées il y a une autre chose à mentionner, si le trou noir est en rotation sur lui même : en deçà d'une certaine distance, il n'y a plus aucune possibilité de la maintenir immobile par rapport au TN, même en dépensant toute l'énergie que l'on veut. On peut toujours faire en sorte qu'elle ne passe pas sous l'horizon mais il faut lui donner une orbite, l'immobilité est impossible. L'espace temps est entrainé par la rotation du trou noir comme l'eau dans un evier qui se vide. Si tu veux, la sonde peut se maintenir immobile par rapport à l'espace, mais c'est l'espace qui l'entraine, quoique qu'on fasses. Cette zone d'immobilité impossible est appelée l'ergosphère. Enfin, si elle passe sous l'horizon du trou noir, elle disparait à jamais de l'univers, car sa trajectoire ne peut plus retraverser dans l'autre sens (l'espace temps à l'intérieur du trou noir est "orienté vers le centre") et elle ne peut plus rester non plus à distance constante du centre du trou noir en tournant autour : elle s'en rapproche forcément et fini dessus.


Dernière chose, la vitesse orbitale autour un corps massif est d'autant plus grande qu'on s'en rapproche (loi de Kepler). Si le TN fait partie d'un système binaire (cad qu'il a une étoile compagnon) et qu'ils forment un couple suffisamment serré de la matière du compagnon peut être arraché et tomber dessus en spiralant pour former un disque d'accrétion. Comme le champs de gravité très élevé la vitesse orbitale du gaz sera très élevée (pls dizaine de milliers de km/s) et en vertu la loi de Kepler, le centre du disque tournera à vitesse plus élevée que sa périphérie. Cela va provoquer une friction gazeuse intense qui peut porter le gaz à des millions de degré. L'intense luminosité résultante, souvent fluctuante, permet de repérer les trous noirs de ce genre.

a+

[inviteda16ae79]

Bonjour pouvez vous me dire de quoi est constitué un trou noir (matierre,gaz)

J'ajoute aux excellentes explications de Gilgamesh une réponse courte : un trou noir est une structure faite d'espace et de temps qui a été "retourné" par l'énergie qu'il contient, ainsi son intérieur se retrouve "coupé" de l'espace externe. L'état de la matière-énergie à l'intérieur est inconnu.

La meilleure façon d'approfondir ce sujet c'est d'étudier les maths et la physique pendant quelques années ça peut aussi être passionnant.

[invite1792db6d]

Bonjour à tous,

Je dois rédiger un rapport concernant la formation des trous noirs et j'aimerai avoir quelques bonnes références bibiographiques ou je pourrais trouver les équations décrivants le phénomène.
Pouvez vous m'aider svp?

salut si je peut me permettre de repondre a ta question j'etudie a l'observatoire de grenoble ma specialité sont les trou noirs.
Tout d'abord il faut savoir que les trou noirs sont avant tout des phenomenes astronomiques (objets celeste non observer mais deja detecter)
Un trou moir et le stade final de la vie d'une etoile, tout va dependre de sa masse.
Si celle ci depasse la masse critique de notre soleil alors il y aura trou noir ok.
Je c'est pas si tu le c'est mais une etoile vie en brulant de l'hyrogene en helium, arriver a la fin de sa vie elle va subir une inflation importante de ces couches superieure.
Elle aura pri l'apparence d'une etoile geante appeler geantes rouges ou NOVA.
Apres elle explosera expulsant ces couches superieure ( c'est le stade de la supernova).
Au centre il ne restera que qu'un petit morceau d'etoile appeler etoile (naine blanche).
Le processus n'etant toujour pas fini, la force gravitationnelle agissant au centre va toujour continuer.
Arriver a un moment ou il y aura un phenomene d'implosion c'est a dire que l'etoile en elle meme va pas exploser mais s'effondrer sur elle meme creant un puit gravitationnelle tres puissant aspirant toute energie et matiere.
A savoir il existe une zone qui delimite le trou noir c'est la zone de scharswild verifie l'ortographe.
aucun rayonnement ne peut en sortir a part les rayonnements gamma sous tres grosse quantités.
voila jespere que c'est explications simplifies t'aideront dans ton exposer si tu as d'autre question n'esite pas a me les poser.

[Gilgamesh]

j'etudie a l'observatoire de grenoble ma specialité sont les trou noirs.

J'ai comme un doute ou alors

[invite2593aa43]

salut!
je n'ajoute rien juste que la RG est ... http://nrumiano.free.fr/Fetoiles/t_noirs.html
http://www.futura-sciences.com/fr/co...f_4/c3/221/p3/
http://www.cnrs.fr/publications/imag...05/10Rouan.pdf

[invite7edac043]

Merci à tous!