Question sur les trous noirs

[venum]

Bonjour a tous,

Je me pose beaucoup de question sur les trous noirs et j'aurai voulu savoir si il serai possible ( vu que je n'ai pas trop de connaissance mais que j'aime ce sujet ) vu l'énorme densité du TN, si chaque electron de chaque atome se rapproche du noyau de celui-ci jusqu'Ã* créer une fission de l'atome de chaque atome absorbé par le TN et qu'il absorbe toute l'énergie de chaque fission ( 200 MeV par atome ) et de créer une réaction en chaîne comme pour le principe d'une bombe nucléaire ce qui pourrai peut être expliquer l'énorme emission de rayon X et gamma des TN.
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[Lansberg]

Bonjour,

vu l'énorme densité du TN...

La densité globale d'un trou noir peut être très faible ! Plus la masse du trou noir est grande et plus son volume est grand et sa densité faible. Par contre la densité de la singularité au centre du trou noir tend vers l'infini.

si chaque electron de chaque atome se rapproche du noyau de celui-ci jusqu'Ã* créer une fission de l'atome de chaque atome absorbé par le TN et qu'il absorbe toute l'énergie de chaque fission ( 200 MeV par atome ) et de créer une réaction en chaîne comme pour le principe d'une bombe nucléaire

On ne sait pas vraiment ce qui se passe à l'intérieur du trou noir et ce que devient la matière. On sait par contre que la masse du trou noir augmente au fur et à mesure qu'il "happe" la matière environnante.

ce qui pourrai peut être expliquer l'énorme emission de rayon X et gamma des TN.

L'émission de RX et rayons gamma ne provient pas du trou noir parce que, par définition, rien ne s'en échappe. Cette émission provient de l'éventuelle matière environnante qui tombe dans le trou noir. Elle est accélérée, chauffée par les frottements et rayonne de la lumière avant de disparaître dans le trou noir une fois franchi l'horizon.

[PPathfindeRR]

Bonjour,

Une petite remarque (que Lansberg n’as pas relevé, ça m’étonne !…)

(…) si chaque electron de chaque atome se rapproche du noyau de celui-ci jusqu'Ã* créer une fission de l'atome (…)
(…) et de créer une réaction en chaîne comme pour le principe d'une bombe nucléaire (...)

Lorsque que l’on parle de réaction en chaine, on parle bien de fission.

Par exemple pour la fission de l’uranium 235, constitué d’un noyau de 92 protons (de charge électrique positive) + 143 neutrons (de charge neutre) :
Dans un réacteur nucléaire, la capture d’un neutron par un noyau d’uranium 235 (qui devient donc brièvement un noyau U236) fissionne, se divise en deux noyaux (Kripton 92 et Baryum 141), ce qui libère 3 neutrons (92 + 141 + 3 = 236).

Je précise U235, car contrairement à l’uranium 235 (92p + 143n), l’uranium le plus répandu U238 (92p + 146n), lui ne fissionne pas lorsqu’il capture un neutron.
Il devient un court instant de l’uranium 239 (92p + 147n) très instable, et rapidement une double désintégration béta négative le converti en plutonium 239, soit deux neutrons se converti en deux protons (92p + 147n devient 94p + 145n)… c’est le principe de la radioactivité.

La radioactivité béta négative (neutron qui devient proton de charge positive) émet un électron (de charge électrique négative) ;
Et une désintégration béta positive c’est l’inverse, c’est un proton qui devient neutron, est dans ce cas, ça émet un anti-électron (positron) de charge électrique positive.
C’est comme s’il expulsait une charge négative pour devenir positif, ou bien l’inverse, expulser une charge positive pour devenir neutre.
Ce changement se fait au niveau des charges partielles des quarks, leur saveur (quarks up et down)

« Chaque électron se rapproche du noyau »
Tu as plutôt voulu dire fusion, et non fission ?

Lorsqu’un noyau se scinde c’est une fission, et lorsque deux ou plusieurs noyaux « s’agglomèrent » c’est une fusion.

La fusion est par exemple le type de réaction nucléaire que l’on retrouve dans le soleil.
Initialement, 4 noyaux d’atome d’hydrogène (soit 4 protons, dépouillés de leur électron), s’assemblent pour donner un noyau d’hélium 4 (plus lourd, formé de 2 protons et 2 neutrons).

Tu me diras d’où vient c’est 2 neutrons… d’une désintégration entre autre mais c’est une réaction plus complexe, qu’on appelle « la chaine proton-proton », cette chaine de réaction comporte des étapes intermédiaires formant des isotopes par conversion de proton en neutron.
Un atome est identifié par son nombre de proton, et un isotope c’est lorsqu’un noyau manque ou a un surplus de neutron, par exemple le carbone 12 (6p + 6n) a un isotope très connu : le carbone 14 (6p + 8n).

Dans la chaine proton-proton, deux noyaux d’hydrogène (2 protons) s'assemblent… avec en plus une désintégration béta positive, il devient un noyau d’hydrogène 2 (1p + 1n), soit un noyau de deutérium.
Ce noyau de deutérium capture un proton, il devient un noyau d’hélium 3 (2p + 1n).
Deux noyaux d’hélium 3 fusionnent (4p + 2n) en expulsant deux protons, il devient un hélium 4 (2p + 2n).

Attention, à ne pas confondre lorsque l’on parle de fusion d’un cœur de centrale nucléaire (qui fonctionne sur le principe de la fission), on ne parle pas de fusion nucléaire, mais d’une fusion de matériaux… comme une fondue savoyarde par la fusion de plusieurs fromages… pour un accident de centrale, cette fondue, ou ce magma est ce qu’on appelle « le corium », donc rien à voir avec une fusion nucléaire.

Si on rapproche les électrons du noyau, je ne pense pas qu’il y aura fusion nucléaire, par contre ça va émettre de la lumière car les électrons passeront d’une orbite supérieure à des orbites inférieures et perdre ainsi de l’énergie.
Sinon, ce qui pourrait se passer, c’est que les protons et les électrons « fusionnent » (le terme n’est surement pas bon), plutôt se combiner pour former des neutrons.
C’est un peu le principe d’une étoile qui s’effondre en étoile à neutron… si je ne dis pas de bêtises.

Maintenant, j'avoue ne pas savoir ce qu’il se passe si on comprime encore !... ce que deviennent ces neutrons

Les neutrons sont constitué de quarks (comme les protons), mais les quarks on des fractions de charge électrique (+2/3 pour les quarks up, et -1/3 pour les quarks down) et je ne sais pas ce que ça donnerait, et si c’est possible ou pas !
Je ne comprends pas bien ces fractions de charge…
La seule chose que je pense comprendre : Les protons sont constitué de 2 up et 1 down (+2/3 +2/3 -1/3 = 1), et les neutrons sont constitué de 2 down et 1 up (-1/3 -1/3 +2/3 = 0)

Enfin bref... c'était une petite remarque entre fission et fusion (avec 2 - 3 explication en espérant ne pas dire de bêtises).

[Lansberg]

J'ai eu un peu de mal à suivre cette histoire de fission ! : "si chaque électron de chaque atome se rapproche du noyau de celui-ci jusqu'à créer une fission de l'atome de chaque atome absorbé par le TN et qu'il absorbe toute l'énergie de chaque fission ( 200 MeV par atome ) et de créer une réaction en chaine comme pour le principe d'une bombe nucléaire " !

Le trou noir à l'origine d'une réaction en chaine ? avec un mécanisme de fission pour le moins étrange.

[A voir en vidéo sur Futura]

[PPathfindeRR]

Oups, j'ai oublier de préciser l’intérêt de ma première explication pour la réaction en chaine !

Comme une fission libère 3 neutrons (environ), ils viendront frapper les autres atome d'uranium 235 environnant, qui à leur tour fissionneront et libéreront 3 neutron, etc...

[PPathfindeRR]

J'ai eu un peu de mal à suivre cette histoire de fission ! :

C'est la raison pour laquelle je pense qu'il y a eu confusion entre les terme fission et fusion de la part de venum...
Je pense comprendre que venum à voulu parler d'une fusion entre les électrons et le noyau par leur rapprochement...

[Lansberg]

Une sorte de capture électronique conduisant à la formation de neutrons comme dans la désintégration béta inverse produisant l'émission de RX.
Tout ça grâce au champ gravitationnel du trou noir ? Je pense que c'est un peu fumeux.
Et je ne vois toujours pas pour la réaction en chaine.

[PPathfindeRR]

Oui, on est sur la même longueur d'onde !
C'est un peu fumeux comme tu dis !

La question initiale de venum parle de "fission", de réaction en chaine et que ceci, selon ce que j'en comprend, est contraire avec un rapprochement des électron vers le noyau... qui entre-autre, laisse sous-entendre une "fusion" plutôt qu'une "fission".

C'était juste pour expliquer à venum la différence entre "fission" et "fusion" puis également ce qu'est une réaction en chaine lors d'une fission... au cas ou il y aurait confusion.

[Lansberg]

Il était bon de rappeler la différence entre fission et fusion. Mais ces phénomènes n'interviennent pas lorsqu'un trou noir absorbe de la matière.

[venum]

Merci pour les reponses et oui jai confondu fission et fusion mais dans tous les cas je crois que cela crée une energie importante, mais meme en se fusionnant il peut y avoir une reaction en chaîne et que tous les atomes se fusionnent vu la concentration de matière apres oui cest " fumeux " mais bon j'avais pensé a ca donc jai donné mon avis ^^

[venum]

Au faite je me demandais est ce que vous pensez que les constantes de l'univers sont respecté dans le trou noir ? Ou il y a un stade " critique " du a la gravité qui pourrai faire changer ces constantes

[Lansberg]

Rien ne laisse supposer que les constantes connues soient modifiées dans un trou noir. La physique des trous noirs utilise les constantes G, c, h ... avec les valeurs admises.
Par contre on admet bien volontiers que cette physique des trous noirs a besoin d'un complément théorique. La gravitation quantique à boucles est une bonne candidate pour échapper au problème de la singularité et aux infinis qu'elle suppose. Cette théorie permettrait également d'échapper à l'instant 0 du big bang et d'envisager sereinement (peut-être !) l'avant big bang.

[MisterH]

Bonjour ce poste m'a amené à me poser cette question.

Si 2 trous noirs de masse différente s'approche suffisamment l' un de l'autre celon les calculs est- ce que ce n'est que l'horizon du moins massif qui va chuter vers l'autre? Qu'adviendra-t-il de la singularitè? Ou si rien ne peut s'échaper d'un trou noir comment la matière pourrait passer de un à l'autre?

Merci!

[MacGlory]

Petite rectification pour Lansberg : un trou noir n'a pas de volume à proprement parler, c'est le rayon de l'horizon des évènements, autrement dit la taille de la tâche noire, qui augmente. Mais cette tâche noire n'est pas due à la présence de matière mais à l'absence de lumière.

Ce qui permet de répondre à ta question, MisterH : comme un trou noir n'a pas de volume, il est assimilable à un point mathématique, car dans un trou noir la force gravitationnelle contrebalance toutes les forces répulsives (électromagnétique, force nucléaire faible). Donc deux points peuvent très bien se rencontrer. En réalité, aucune matière ou lumière ne va s'échapper des trous noirs, ce sont les trous noirs eux-mêmes qui vont se déplacer. Par contre il en résultera des effets de marées très intenses, et de formidables dégagement d'énergie de la part des gaz environnant les trous noirs.

En ce qui concerne fusion et fission, il est amusant de penser que si la singularité était régie par la physique classique, la force gravitationnelle contrebalance la force électromagnétique, et donc tous les atomes fusionnent. Ce qui veut dire qu'on aurait un seul noyau d'atome de plusieurs kilomètres de diamètres.

Voilà voilà, je pense avoir éclairci certain point, dites-moi si j'ai tort sur quoi que ce soit, je serai ravi d'en apprendre plus moi-même.

[Lansberg]

Bonjour,

Petite rectification pour Lansberg : un trou noir n'a pas de volume à proprement parler, c'est le rayon de l'horizon des évènements, autrement dit la taille de la tâche noire, qui augmente. Mais cette tâche noire n'est pas due à la présence de matière mais à l'absence de lumière.

Ce qui permet de répondre à ta question, MisterH : comme un trou noir n'a pas de volume, il est assimilable à un point mathématique...

Ce qu'on appelle trou noir n'est pas la singularité mais la région délimitée par l'horizon du trou noir. Ce que Jean-Pierre Luminet définit de la manière suivante : "On appelle « trou noir » non pas l’ objet qui se trouve au fond du puits, mais toute la
zone à l’ intérieur de la frontière de non‑retour."
Le rayon de Schwarzschild correspond à la distance de cet horizon. Cela permet bien de définir un volume donnant une masse volumique moyenne au trou noir. Comme le précise encore une fois JP Luminet : " Toute information étant piégée à l’intérieur du trou noir, il est impossible de savoir ce qu’il se passe en son sein. Impossible en particulier de connaître la répartition de la matière en fonction du rayon (est-elle concentrée en une vraie singularité au point central ?). Donc, on ne peut pas définir la masse volumique en fonction de la distance au centre, comme on le ferait pour un astre ordinaire. La seule mesure possible est celle de la masse volumique moyenne, qui est simplement le rapport de la masse au volume."

[Amanuensis]

Le rayon de Schwarzschild correspond à la distance de cet horizon.

Non. Et c'est bien là le problème...

Le rayon de Schw. est la limite de p/2pi, où p est la borne inférieure de la longueur (propre) d'un cercle dans la zone extérieure et respectant la symétrie centrale (par exemple un cercle theta -> (0, r, theta, 0)).

Cette définition fait physiquement sens, et est indépendante de tout système de coordonnée. (On devrait parler de "périmètre de Schwarzschild"!)

Elle ne permet pas de définir un volume faisant physiquement sens.

Cela permet bien de définir un volume donnant une masse volumique moyenne au trou noir.

On peut toujours donner une formule à partir de la masse et du rayon de Schw. Cela ne suffit pas pour montrer qu'elle fait physiquement sens.

Comme le précise encore une fois JP Luminet : " Toute information étant piégée à l’intérieur du trou noir, il est impossible de savoir ce qu’il se passe en son sein. Impossible en particulier de connaître la répartition de la matière en fonction du rayon (est-elle concentrée en une vraie singularité au point central ?).

La solution de Schwarzschild est une solution du vide. Il n'y a rien sous l'horizon, et la singularité ne fait pas partie de la variété (sans bord) modélisant l'espace-temps. Pour cette solution là on connaît donc parfaitement la répartition de la matière!

Corrélativement, si la quantité de matière ou d'énergie sous l'horizon n'est pas négligeable, on ne peut pas utiliser la solution de Schw. pour parler de ce qu'il s'y passe...

Donc, on ne peut pas définir la masse volumique en fonction de la distance au centre

On ne le peut pas, non pas parce que la répartition des masses serait inconnue, mais plus simplement parce que "distance au centre" n'est pas définie. Ce n'est pas la coordonnée "r" dans les coordonnées de Schw., cette coordonnée étant sous-l'horizon temporelle et non spatiale. La coordonnée "t" qui est alors spatiale s'interprète difficilement comme une distance à un centre.

Pour mémoire, la métrique de Schw. sous l'horizon s'écrit, en notant t la coordonnée temporelle et r la coordonnée spatiale, et 0<ct<rs, r balayant tout r :



(Ce sous réserve que j'ai bien mis les c aux bons endroits...)

t s'interprète en relation avec la durée d'une géodésique "radiale" (theta et phi constantes) avant "buter" sur l'horizon (quand t tend vers 0).

Comme r balaye tout R, la singularité est "spatialement partout", pas de centre.

C'est assez bizarre, j'en conviens...

[MacGlory]

En effet, ma vision était simpliste parce qu'elle s'appuyait seulement sur la physique classique (quand je dis que la gravité contrebalance tout), mais on ne connaît pas exactement la physique ayant lieu à l'intérieur d'un trou noir.
Ainsi le volume "visuel" du trou noir est en fait la tâche noire, dont le rayon est calculable comme étant la distance au centre à partir de laquelle la vitesse de libération est plus grande que celle de la lumière. Le volume véritable du trou noir est quant à lui inconnu.
Cela dit ma réponse à MisterH est toujours valable, je crois.

[Lansberg]

Non. Et c'est bien là le problème...

Dans le cas du trou noir de Schw. on a bien Rs = Rh. C'est habituellement ce cas qu'on trouve souvent évoqué dans la littérature. Il est vrai qu'il y a peu de chances qu'il existe dans la nature.
Pour le trou noir de Kerr, sans charge électrique et de moment cinétique non nul, on a en effet Rs ≠Rh.