Evaporation des trous noirs

[Ameno92]

Bonjour j'ai 15 ans et je m'interesse enormement a l'astronomie, en particulier sur les trous noirs. J'ai lu plusieurs articles sur le rayonnement de Hawking,et je voudrais savoir si ce que j'en ai retenu est juste ou pas.
Voila : Le vide est soumis a des fluctuations, qui peuvent aboutir a la creation de particules ainsi que de leurs anti particules. De charges opposees, elles vont vite s'annihiler, creeant par ce procede une autre particule. Imaginons que ces deux particules soient creees a l'horizon du trou noir. L'anti particule pourrait etre attiree a l'interieur du trou noir, mais la particule pourrait reussir a s'echapper par le procede des forces de marees produite par le trou noir. Lorsque l'anti particule au sein du trou noir trouverait une particule de meme nature (ex: anti-electron , electron), elles se detruiraient et donneraient naissance a un photon. Or, le photon n'a que de l'energie, pas de masse. Le trou noir aura donc perdu de la masse s'en en regagner.

Je pense que je n'ai absolument pas tout compris, et j'aimerais bien avoir vos avis :/
Merci
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[bb98]

Bonjour

En gros, c'est bon

Le livre à lire sur les trous noirs est :

"le destin de l'univers" par J P Luminet chez Fayard

bien plus didactique que tous les ouvrages de Hawking

Bonnes lectures

[Deedee81]

Bonjour,

Ameno, ce que tu présentes est la vulgarisation classique de ce phénomène, mais elle n'est pas tout à fait juste.

Tout d'abord, en physique "ordinaire" on ne considère généralement que les particules ayant une énergie positive. Même en théorie quantique des champs (la théorie de la physique des particules). Toutefois, quand on travaille dans des espaces-temps courbe comme avec les trous noirs, on constate que les solutions d'énergie négative ne peuvent pas être évitées.

Les fluctuations quantiques sont en effet des paires particules/antiparticules (ou deux photons par exemple) qui apparaissent et disparaissent tout aussi vite. Au bord d'un trou noir il peut arriver qu'une des particules s'échappe tandis que l'autre plonge dans le trou noir. A cause de la conservation de l'énergie, la particule qui s'échappe a une énergie positive tandis que celle qui plonge a une énergie négative. Celle-ci va rejoindre le centre du trou noir où sa rencontre avec une particule d'énergie positive va donner.... rien !!!! L'énergie totale du trou noir diminue.

Je me rend compte que le sujet est très difficile à vulgariser (la relativité générale est difficile à vulgariser et la théorie quantique des champs aussi. Et les deux ensembles c'est un vrai cauchemar). Déjà des termes comme "espace-temps courbe" nécessiteraient plus d'explications.

Si tu as des questions, n'hésite pas ou alors procure-toi (via Amazon par exemple et tes parents évidemment ) le livre conseillé par bb98.

[Ameno92]

Merci beaucoup!! Mais j'ai une question : comment se fait-il, alors, que le trou noir grossisse a un moment donné, et non que l'énergie négative qu'il absorve ne lui enlève pas de la masse dès sa naissance? Peut etre parce qu'il lui faut attendre de posséder une certaine masse pour que la courbure soit assez importante. Mais à ce moment là, lorsqu'il s'évaporera, il atteindra de nouveau à un moment une masse non suffisante pour que la courbure soit assez importante, et au final, il atteindra une masse qui sera l'extrême milieu entre la masse qui produirait une courbe assez grande pour ce procédé, et celle qui ne pourrait pas en produire une assez grande pour ce procédé? Ne devrait-il donc pas stagner à cette masse du "milieu"? Il y a quelque chose qui m'échappe...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Merci beaucoup!! Mais j'ai une question : comment se fait-il, alors, que le trou noir grossisse a un moment donné, et non que l'énergie négative qu'il absorve ne lui enlève pas de la masse dès sa naissance? Peut etre parce qu'il lui faut attendre de posséder une certaine masse pour que la courbure soit assez importante. Mais à ce moment là, lorsqu'il s'évaporera, il atteindra de nouveau à un moment une masse non suffisante pour que la courbure soit assez importante, et au final, il atteindra une masse qui sera l'extrême milieu entre la masse qui produirait une courbe assez grande pour ce procédé, et celle qui ne pourrait pas en produire une assez grande pour ce procédé? Ne devrait-il donc pas stagner à cette masse du "milieu"? Il y a quelque chose qui m'échappe...

Lorsqu'un trou noir se forme il a déjà une masse importante, dès le départ. De l'ordre de quelques masses solaires. http://fr.wikipedia.org/wiki/Trou_noir#Formation
Ils se forment pas effondrement du cœur d'une étoile massive lorsque celle-ci explose (supernovæ). Le cœur s'effondre et dès qu'il est assez comprimé, l'horizon des événements apparait avec déjà une masse importante à l'intérieur.

Un trou noir de cette masse subit une évaporation (théoriquement car c'est totalement au-delà de nos capacités d'observation) mais extrêmement faible. Pour te donner une idée, un trou noir ayant une masse solaire mettrait environ
100000000000000000000000000000 000000000000000000000000000000 000000000 années pour s'évaporer totalement !!!!!!
(source : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89v...es_trous_noirs )
Autant dire que le rayonnement est infime rikiki (d'où la difficulté de l'observer)
Un tel trou noir émet un rayonnement thermique équivalent à un corps porté à une température de l'ordre d'un centième de millionième de degré (brrrrr, c'est froid ).

Par contre, un trou noir absorbe facilement tout ce qui fait la bêtise d'aller trop près de lui : lumière environnante (déjà ça c'est plus important que le rayonnement de Hawking), poussières, gaz, voir petit corps et même des étoiles entières.... ou un autre trou noir (fusion de trous noirs).

De fait, si l'univers continue son expansion, il va se vider il va bien arriver un jour où les trous noirs n'auront plus rien à manger. Ils vont alors vraiment commencer à maigrir par évaporation. Mais ça n'arrivera que dans.... holà là, fort longtemps.

[Ameno92]

Donc l'évaporation d'un trou noir est quelque chose qui n'est encore jamais arrivé dans des régions de l'Univers avec beaucoup d'étoiles, comme la nôtre, car la masse qu'il absorbe est supérieure à celle qu'il perd? Il faudrait, soit qu'il naisse dans une zone où il y a peu d'étoiles à absorber, soit qu'il absorbe toute la masse alentours jusqu'à ce qu'il n'y ai plus que lui?

[Deedee81]

Salut,

Donc l'évaporation d'un trou noir est quelque chose qui n'est encore jamais arrivé dans des régions de l'Univers avec beaucoup d'étoiles, comme la nôtre, car la masse qu'il absorbe est supérieure à celle qu'il perd? Il faudrait, soit qu'il naisse dans une zone où il y a peu d'étoiles à absorber, soit qu'il absorbe toute la masse alentours jusqu'à ce qu'il n'y ai plus que lui?

Presque. En fait, la simple lumière des étoiles dans le ciel est absorbée par le trou noir et c'est bien plus élevé que le rayonnement de Hawking. Pire encore, même le rayonnement fossile est absorbé
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fond_diffus_cosmologique
et il est considérablement plus fort que le rayonnement d'évaporation.

Cela ne pourra se produire que dans des milliards de milliards d'années, quand l'univers sera presque vide. Alors les trous noirs commencerons à maigrir.

Au début tu dis que l'évaporation d'un TN ne s'est pas encore produite. C'est vrai.... à notre connaissance !!!!
Il se pourrait qu'à la naissance de l'univers il y ait eut création de mini trous noirs. Attention, c'est de la spéculation. Rien de prouvé ni d'observé là.
Mais un tel trou noir rayonne beaucoup plus fort (plus il est petit et plus le rayonnement de Hawking est intense) et les plus petits pourraient s'être évaporés.
Du fait que le rayonnement émis augmente lorsque le TN devient petit, la fin de l'évaporation est "explosive" : un grand flash de rayons gammas.
Certains ont déjà spéculé que les sursauts gammas observés venaient de tels mini trous noirs évaporés. Mais rien n'est prouvé.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Sursaut_gamma
http://fr.wikipedia.org/wiki/Micro_trou_noir

Beaucoup d'infos dans les liens fournis. Bonne lecture

[Ameno92]

Mais, comme la force d'attraction augmente en corrélation avec la masse, le trou noir devrait attirer de plus en plus d'étoile, et, à moins qu'il y est une large zone sans la moindre étoile, ildevrait donc grossir de plus en plus,sa force de gravitation s'étendant de plus en plus loin? De plus, la solution de Schwarzschild 2GM/c2 devrait varier en même temps que la masse du trou noir, car sa force d'attraction grandit avec sa masse?

[Andrei2010]

Attention, la gravité d'un trou noir agit comme la gravité de n'importe-quel autre corps céleste ! Autrement dit, il y a une vitesse de libération, un effet de fronde gravitationnelle, et la possibilité d'orbiter indéfiniment autour du TN lorsqu'on a la vitesse suffisante pour.

Donc, un TN avale tout ce qui est à sa portée et ne tourne pas assez rapidement pour se satelliser autour. Si la masse du TN augmente, la vitesse de satellisation augmente : si les corps en orbite autour ne trouvent pas moyen d'augmenter leur vitesse pour faire face à la masse augmentée... goodbye Charlie, comme dirait la chanson.

[Deedee81]

Ameno, pour illustrer ce que dit Andrei :

Supposons que notre Soleil se transforme tout à coup en trou noir (de une masse solaire). Que se passerait-il ?

Hé bien il ne se passerait rien !!! Enfin, si, la lumière s'éteindrait Mais la Terre (et Vénus, Mercure,...) continuerait à tourner exactement comme avant sur la même orbite et à la même vitesse. La gravité serait totalement inchangée.

Par contre, le trou noir serait beaucoup plus petit que le Soleil. Le Soleil fait environ 700 000 kilomètres de rayons (son diamètre c'est quatre fois la distance Terre - Lune). Tandis que le trou noir de même masse ferait trois kilomètres de rayons. Ca c'est très peu. C'est à peu près la distance que je parcourt quand je sors de ma commune

Donc, si tu t'approches du Soleil, tu ne peux pas faire mieux (sans entrer dedans) que 700000 kilomètres du centre. Tandis que là, avec le trou noir, tu peux approcher jusqu'à 3 km du centre sans entrer dans le trou noir. Et approcher à 3 km du centre d'une telle masse, là la gravité devient gigantesque. Tout objet qui irait très près serait ..... sluuuurp.... aspirée. Mais pas tant qu'on reste à distance raisonnable

[Deedee81]

Autre chose.

On parlait plus haut de trou noir ayant une masse qui augmente.

Oui, en effet, cela arrive. Il y a même des trous noirs super massifs. Presque toutes les galaxies (dont la nôtre, la Voie Lactée) contiennent en leur centre un trou noir ayant une masse énorme, allant de quelques centaine de millions à plusieurs milliards de masses solaires.

Il sont en général assez calme (ils ont avalé tout ce qui était autour deux) mais se trahissent, d'une part par une émission X assez intense (en fonction du gaz qu'ils arrivent à avaler) et d'autre part par les mouvements des étoiles voisines (elles tournent autour, très vite).

Ils se sont formés par fusion entre trous noirs et à une époque lointaine en avalant beaucoup de gaz et d'étoiles. Au début de l'univers, les galaxies ont beaucoup grandit par fusion entre galaxies (hypothèse fondée mais partiellement encore à vérifier) leurs trou noir centraux fusionnant. De plus, au début, le coeur des galaxies étaient très riche en gaz et étoiles : de quoi nourrir ces gros gloutons. Ce processus provoque la formation de jets extrêmement puissants visibles dans certaines galaxies dites actives (leur TN est en train de manger une ou plusieurs étoiles), ces jets sont formés dans le voisinage du trou noir (ils ne viennent évidemment pas de l'intérieur du trou noir).

A une époque, cette situation était très fréquente et les galaxies de ce type s'appellent quasars. Ils ont existé pendant une période relativement courte de la vie de l'univers. A l'époque de leur découverte, les astronomes étaient très dubitatifs. Les mesures montraient que ces corps étaient très très lointains et pourtant extrêmement lumineux. La question n'a été tranchée que lorsque le mécanisme par les trous noirs a été compris et validé.

S'il y a des trous noirs stellaires et des trous noirs super massifs on pourrait se demander : où sont les trous noirs intermédiaires ? Réponse : il y en a (on a réussi à en observer) mais ils sont juste fort difficiles à trouver et à observer (pour diverses raisons).

Bon, j'ai bypassé pas mal de détail mais je crois avoir fait le tour (du trou noir ) et on peut toujours approfondir.

Bonne fin de journée.

[Chanur]

Bonjour,

Presque toutes les galaxies (dont la nôtre, la Voie Lactée) contiennent en leur centre un trou noir ayant une masse énorme, allant de quelques centaine de millions à plusieurs milliards de masses solaires.

Pourquoi "presque" ? Est ce qu'il est avéré que certaines galaxies n'ont pas de trou noir central, ou est-ce juste qu'on n'ose pas (ou pas encore) affirmer qu'elle en ont toutes un ?

A+

[Deedee81]

Salut,

Pourquoi "presque" ? Est ce qu'il est avéré que certaines galaxies n'ont pas de trou noir central, ou est-ce juste qu'on n'ose pas (ou pas encore) affirmer qu'elle en ont toutes un ?

Question pertinente à laquelle.... je ne saurais répondre