Trou noir et rayonnement de Hawking

[invite1aa81b81]

Bonjour,

Je viens par ici avec deux questions peu être un petit peu naïves. Je ne suis pas physicien des particules ni astrophysicien. Simplement passionné (voire fasciné).

La théorie quantique des champs explique que dans le vide quantique se produit sans cesse la création de paires particule/anti-particule qui s'annihilent l'une et l'autre quasiment immédiatement. Cependant, aux abords de l'horizon d'un trou noir, la gravité est telle qu'il arrive que les deux soient séparées avant qu'elles ne s'annihilent. Ainsi, l'une tombe dans le trou noir et l'autre s'en éloigne. Voici mes questions :

- Est-ce que le fait que l'une des "particules" (ici au sens plus général) tombe dans le trou noir alors que l'autre puisse s'en éloigner est trivial ? Quelles conditions doit remplir cette paire pour que ce soit le cas ?

- Un trou noir perd de sa masse par le biais du rayonnement de Hawking. Mais, peut-on vraiment dire que "le trou noir rayonne" ? Dans le sens où lui-même n'émet rien (ce n'est pas un rayonnement qui s'échappe du trou noir).

Merci pour vos éclaircissements !

Asan
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[Deedee81]

Salut,

- Est-ce que le fait que l'une des "particules" (ici au sens plus général) tombe dans le trou noir alors que l'autre puisse s'en éloigner est trivial ? Quelles conditions doit remplir cette paire pour que ce soit le cas ?

Juste des conditions de circonstances. Il faut que la paire soit suffisamment proche de l'horizon pour qu'une des particules franchisses l'horizon avant qu'elle ne s'annihile avec l'autre. Et il faut que l'énergie des particules soit suffisante pour que l'autre puisse échapper à l'attraction du trou noir.

- Un trou noir perd de sa masse par le biais du rayonnement de Hawking. Mais, peut-on vraiment dire que "le trou noir rayonne" ? Dans le sens où lui-même n'émet rien (ce n'est pas un rayonnement qui s'échappe du trou noir).

Tu as raison, c'est un abus de langage.

[invite1aa81b81]

Merci pour ta réponse.

En recherchant un peu sur le sujet, j'ai lu qu'un observateur lointain verrait que la particule qui s'éloigne du trou noir a une énergie positive alors que celle tombant dans le trou noir a une énergie négative. Cette énergie négative peut ainsi être associée à une perte de masse du trou noir. Ainsi, lors du processus de rayonnement Hawking, il se passe deux phénomènes : le trou noir perd de la masse et une particule s'éloigne du trou noir. Ce serait donc pour ça que cet abus de langage est fait ?

[Deedee81]

En recherchant un peu sur le sujet, j'ai lu qu'un observateur lointain verrait que la particule qui s'éloigne du trou noir a une énergie positive alors que celle tombant dans le trou noir a une énergie négative. Cette énergie négative peut ainsi être associée à une perte de masse du trou noir. Ainsi, lors du processus de rayonnement Hawking, il se passe deux phénomènes : le trou noir perd de la masse et une particule s'éloigne du trou noir. Ce serait donc pour ça que cet abus de langage est fait ?

Non, l'abus de langage est juste de dire "le trou noir rayonne" alors qu'en fait ce rayonnement est émis juste au-dessus de l'horizon. C'est tout.

A noter que le fait que la particule qui tombe a une énergie négative apparait clairement dans les équations. Mais je ne connais pas d'explication vulgarisée de ça.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite4d811a6a]

Non, l'abus de langage est juste de dire "le trou noir rayonne" alors qu'en fait ce rayonnement est émis juste au-dessus de l'horizon. C'est tout.

Bonsoir,
que faut-il comprendre alors lorsqu'on entend qu'un trou noir s'évapore ? et que plus il est petit plus il s'évapore vite, par exemple ?

[Gilgamesh]

Bonsoir,
que faut-il comprendre alors lorsqu'on entend qu'un trou noir s'évapore ? et que plus il est petit plus il s'évapore vite, par exemple ?

Il rayonne de l'énergie, donc perd de la masse.

La puissance rayonnée par unité de surface P est proportionnelle à la puissance quatrième de la température T (loi du corps noir) :

P ~ T⁴

La température de rayonnement T d'un trou noir est inversement proportionnelle à sa masse M :

T ~ 1/M

L'aire A du trou noir est proportionnelle au carré de son rayon R, qui lui même est proportionnel à sa masse :

A ~ R²~ M²

La luminosité L est le produit de la puissance surfacique par l'aire du trou noir :

L ~ P A ~ T⁴ R²

Tout ça peut s'exprimer en fonction de la masse seule :

L ~ M^-4 M² ~ M^-2

Le trou noir rayonne a proportion inverse du carré de sa masse. Plus il est petit, plus il brille, donc plus il perd de la masse et donc plus il brille, etc (rétro action positive).

[invite1aa81b81]

Il rayonne de l'énergie, donc perd de la masse.

Pourtant, ce n'est pas réellement le trou noir qui rayonne. Ce qui est émis provient juste au-dessus de son horizon mais pas de l'intérieur du trou noir. Quelle est l'astuce ?

[invitecb7c417d]

Tiens, j'ai une question, il me semble que la transformation en trou noir, est toujours initiée par une étoile ... une étoile qui a un champs magnétique, (parfois énorme, comme les magnétars) ... une étoile qui a toujours un moment cinétique ... donc tout les trous noirs "réels ou présents" (sans les minis primordiaux) sont ou devraient être des trous noirs de Kerr-Newman ; car je ne vois aucune raison que les propriétés magnétiques et cinétiques d'un astre qui se compacte soient annulées, je suppose même quelles s'en trouvent renforcées !

Donc le No-hair theorem et l'impossibilité d'une singularité nue (trou noir sans horizon ) font que la majorité des trous noirs (très proches pour certains, au début du BB, très vieux trous noirs donc, comme les quasars supermassifs) se soient alignés de part cette promiscuité du au modèle du BB. C'est àmha une possibilité qui enlève l'énigme de cette "alignement des quasars" !

Car ils s'échangeaient à l'époque leurs énergies cinétiques et s'influençaient mutuellement par leurs champs magnéto-cinétique. Ce n'est pas une énigme, mais une nième vérification du modèle du Big Bang. Je suis sûr que cette possibilité à été évoquée quelque part, d'autant plus qu'il est possible d'emprunter de l'énergie aux trous noirs par un mécanisme (zut j'ai oublié qui Brian Green, non ?) d'échanges cinétiques (et donc magnétiques, une charge qui tournent/accélèrent et émet un champ magnétique), alors pourquoi pas les trous noirs entre eux ? (au début, bien sûr, avec les fusions de trou noirs également).

++

[Gilgamesh]

D'un point de phénoménologique on est un peu dépourvu d'image pour expliquer ça avec les mains. Le trou noir c'est un tout. Le champs de gravité travaille pour produire un rayonnement par polarisation du vide. Le bilan d'énergie est négatif pour le trou noir et donc nécessairement sa masse diminue.