Croissance des trous noirs

[Stargazeur]

Bonjour,

Voilà je me pose une question. Il existe des trous noirs de masses et donc de tailles différentes.
Plus un trou noir est massif et plus son horizon des évènements est grand.
Au centre d'un trou noir, il est communément admit qu'il y'a une singularité. A ce que j'ai compris (je ne suis pas scientifique), une singularité est un point de l'espace de diamètre nul et de densité infini, un point où toutes les lois connues de la nature cessent d'exister.

Toute matière engloutie par un trou noir rejoint inexorablement sa singularité. Si la masse du trou noir (et donc son diamètre) augmente, c'est que la singularité "grossi" par la même occasion. Comment un point de diamètre nul et de densité infinie peut il grossir, vu que sa densité est déjà infinie ? Dans ce cas tous les trous noirs devraient avoir le même diamètre car ayant déjà atteint le stade ultime de la "compression" et ne pouvant plus grossir.

Hors il existe des trous noirs plus gros que d'autres, et donc des singularités différentes les unes des autres. Même en ayant aucun moyen de savoir ce qui se passe exactement au sein de ces mystérieux objets, on peu selon moi supposer qu'une singularité est quelque chose de tangible vu qu'elle a la capacité de grossir. Ce n'est donc pas un point de diamètre nul et sa densité n'est pas infinie, mais peut varier en fonction de la matière absorbée.

A part un trou noir, l'objet le plus massif connu est l'étoile à neutron (où l'hypothétique étoile à quark). Serait il possible qu'il existe encore un état complètement inconnu de la matière qui donnerait naissance à un objet physique encore plus dense, sans avoir à recourir à une singularité ou un trou dans l'espace temps, comme une toute petite étoile à neutron si dense qu'elle engendrerait un horizon des évènement ?
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[Gilgamesh]

Bonjour,

Voilà je me pose une question. Il existe des trous noirs de masses et donc de tailles différentes.
Plus un trou noir est massif et plus son horizon des évènements est grand.
Au centre d'un trou noir, il est communément admit qu'il y'a une singularité. A ce que j'ai compris (je ne suis pas scientifique), une singularité est un point de l'espace de diamètre nul et de densité infini, un point où toutes les lois connues de la nature cessent d'exister.

Le concept de singularité n'est PAS un concept valide physiquement. Singularité signifie simplement "point non ou mal défini" en mathématique (comme l'ordonnée de la fonction 1/x pour x=0). On ne peut pas impliquer le concept de singularité dans un raisonnement positif : la singularité est la cause de ceci ou de cela, ou est comme ci ou comme ça, en particulier : infiniment ci ou ça. C'est juste le point limite de la théorie, et en tant que tel, non traité par la théorie. Si une théorie s'empare de la chose, alors ce n'est plus une singularité, par définition.

Toute matière engloutie par un trou noir rejoint inexorablement sa singularité. Si la masse du trou noir (et donc son diamètre) augmente, c'est que la singularité "grossi" par la même occasion. Comment un point de diamètre nul et de densité infinie peut il grossir, vu que sa densité est déjà infinie ?

Et voilà donc pourquoi il ne faut pas raisonner avec la singularité comme avec un concept positivement défini. En une ligne tu te fracasses sur une aporie. En toute hypothèse donc, la ci-devant singularité n'est pas infinie, plus vraisemblablement on peut lui donner la densité de Planck.

C'est à dire qu'il existe une échelle naturelle les unités de Planck, qui nous est donné par la valeur des constantes fondamentales (en gros : c nous dit quelque chose de l'espace temps, G nous dit quelque chose de la gravité, h nous dit quelque chose du monde quantique, on les combine et ça nous donne l'échelle naturelle de la gravité quantique, qui vise à se représenter le "socle" le plus fondamental de la Physique comme étant fini).

Pour la densité la limite haute se calcule comme le ratio de la masse de Planck sur le cube de la longueur de Planck, soit :



ρ_Planck = 5.1 × 10⁹⁶ kg.m^-3

A cette densité la masse de l'univers observable (~ 10⁵⁵ kg) remplit à peine le volume du noyau d'un atome. Donc pour un trou noir de quelque centaine de millions de masses solaires, ça représente qqchose de l'ordre d'un millier de milliard de fois moins volumineux qu'un proton.

Tout ceci reste spéculatif avant qu'une théorie quantique de la gravité soit disponible, mais c'est a priori assez robuste.

[Stargazeur]

Merci Gilgamesh pour votre éclaircissement. Effectivement j'avais mal appréhendé la notion de singularité.

[Quarkonium]

Salut,

Juste pour préciser : si ton étoile à neutrons devient si dense qu'un horizon des événements se forme, alors c'est devenu un trou noir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MisterH]

Bonjour est-ce que dans le cas des trous noirs la gravité diminue avec le carré de la distance ou il existe une autre valeur. Si le point centrale est infiniment petit la distance de l'effet gravitationnel doit-être très petite?

Merci!

[Stargazeur]

Bonsoir,

Merci Quarkonium pour votre réponse. Effectivement tout corps possédant un horizon des évènements peut être qualifié de trou noir, mais j'ai du mal à me représenter un objet tellement massif ne possédant aucune surface solide. D'où ma question sur l'éventuelle présence d'un corps caché derrière cette horizon dont la densité dépasserait celle d'une étoile à quark. Suite aux explications de Gilgamesh j'arrive désormais à mieux appréhender la chose et à avoir une vision quantique de la chose.

[Quarkonium]

@Stargazeur,

C'est certain qu'il y a un corps, dont la masse est égale à celle du trou noir. Tout le problème est dans le fait qu'un tel corps possède une densité si importante, que dans nos théories actuelles, aucune force ne peut l'empêcher de s'effondrer sur lui-même infiniment, créant une singularité. Mais cette supposée singularité n'est certainement que le reflet de notre ignorance sur les lois de la physique à des densités/énergies extrêmement grandes, notamment au-delà de l'échelle pour laquelle gravité et interactions quantiques deviennent de même ampleur, nécessitant une description quantique de la gravité que nous n'avons pas (et que nos moyens expérimentaux ne nous permettent pas d'approcher, mais Gilgamesh a déjà parlé de tout cela).

@MisterH

La force gravitationnelle n'est pas reliée à la taille d'un objet, mais à sa masse. Si ton objet a une densité connue, alors tu peux relier la force gravitationnelle à la taille, mais c'est secondaire. Dans le cas d'un trou noir, la singularité étant théoriquement de densité infinie, tu ne peux pas raisonner avec sa taille (comme l'a déjà dit Gilgamesh encore une fois). Seule compte la masse. Ainsi si un trou noir a la masse d'une étoile massive, même si la taille de la singularité est censée être infiniment petite, la force gravitationnelle associée sera la même que si l'on plaçait l'étoile massive à sa place.