Mais où est le trou noir ?

[MadYaku]

Bonjour à tous,

premièrement, je souhaite vous remercier pour ce forum, je suis un simple ouvrier fasciné par l'astrophysique, trouver des "réponses" a ses interrogations sur la toile, relève du défis!

Ma question est toute bête, Les supernovæ de type IA, lors de leur explosion, génère un nouvelle astre cosmique de type "trou noir" ou "étoile à neutron", peut-on dire que la puissance de l'explosion est le facteur déterminant le type d'objet résultant?
si oui, ou est le trou noir du "Big Bang"?

merci d'avance, à tous ceux qui prendrons de leur temps précieux pour me répondre!

Bien à vous
Fabian
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[pm42]

Bonjour et bienvenue sur le forum.

Ma question est toute bête, Les supernovæ de type IA, lors de leur explosion, génère un nouvelle astre cosmique de type "trou noir" ou "étoile à neutron", peut-on dire que la puissance de l'explosion est le facteur déterminant le type d'objet résultant?

Ce n'est pas l'explosion qui crée le trou noir, c'est la concentration de matière. Normalement, le gaz qui s'est concentré pour donner l'étoile aurait du terminer en trou noir mais des réactions nucléaires se sont allumées générant une pression qui arrête l'effondrement.
Quand les réactions s'arrêtent parce qu'on a consommé tout ce qui est consommable, l'effondrement recommence.
L'explosion qui emmène une partie de la masse est anecdotique.

si oui, ou est le trou noir du "Big Bang"?

Outre le fait que ce n'est pas les explosions qui génèrent les trous noir, on parle de 2 mécanismes très différents et le Big Bang n'est pas une explosion.
C'est une image qu'on trouve souvent dans la mauvaise vulgarisation. Le Big Bang dit que dans le passé, l'Univers était très dense et chaud et qu'il s'est brutalement dilaté en tout point ce qui est très différent.

Tapes "big bang pas explosion" dans un moteur de recherche et tu vas avoir plein d'articles qui expliquent cela très bien.

[MadYaku]

un tout grand merci!

[Gilgamesh]

Bonjour à tous,

premièrement, je souhaite vous remercier pour ce forum, je suis un simple ouvrier fasciné par l'astrophysique, trouver des "réponses" a ses interrogations sur la toile, relève du défis!

Ma question est toute bête, Les supernovæ de type IA, lors de leur explosion, génère un nouvelle astre cosmique de type "trou noir" ou "étoile à neutron", peut-on dire que la puissance de l'explosion est le facteur déterminant le type d'objet résultant?
si oui, ou est le trou noir du "Big Bang"?

merci d'avance, à tous ceux qui prendrons de leur temps précieux pour me répondre!

Bien à vous
Fabian

Précisons également que les SN de type spectral Ia sont des supernovae thermonucléaires, qui ne laissent pas de reliquat. Le progéniteur est un système double formée d'une naine blanche et d'une étoile compagnon qui lui cède de la matière. La naine blanche est un astre dense (matière dégénérée ~ 100 tonne/cm3) composé d'un cœur de carbone + oxygène entouré d'une enveloppe d'hélium, issu de la contraction d'une étoile moyenne à la fin de sa séquence principale. En accumulant la matière de l'étoile compagnon, elle va dépasser limite de stabilité de la matière dégénérée appelée masse de Chandrasekhar, autours de 1,4 masse solaire. La naine blanche s'effondre brutalement, faisant grimper la température centrale au delà du point d'ignition de carbone et de l'oxygène composant l'étoile. En une durée de l'ordre de la seconde, toute l'étoile combuste produisant toute une variété de isotope plus lourd (Ni, Fe, Si, Ca...) et environ 10⁴⁴ J soit l'équivalent de l'énergie dégagée par le Soleil pendant 10 milliards d'années. On obtient une boule de feu très brillante (10 milliards de luminosité solaire) qui va se diluer dans l'espace et il ne reste rien de la naine blanche.

Pour obtenir un trou noir, il faut une supernova gravitationnelle (type spectral Ib, Ic ou II), issue de l'implosion du cœur d'une étoile massive. Et il faut des conditions assez particulières, toutes les SN gravitationnelles ne donnent pas des trous noirs. Certaines donnent des étoiles à neutron et d'autres... rien du tout.

Les mécanismes en jeux sont assez complexe, mais en gros l'idée générale est que "ça s'effondre quand c'est trop chaud".

A la base, pour résister à la gravité, donc à l'effondrement, l'étoile dispose de 3 sources de pression P, fonction de la densité ρ et de la température T :

* la pression mécanique des gaz P ~ ρT
* la pression de radiation P ~ T⁴
* la pression de dégénérescence P ~ ρ⁴/ᶾ

Quand la température est très élevée c'est la pression de rayonnement qui l'emporte, quand c'est la densité, c'est la pression de dégénérescence.

A lire : http://amwdb.u-strasbg.fr/HighEnergy..._stellaire.pdf

La relation entre la pression et la densité est l'équation d'état P ~ ρᵞ où l'exposant Ɣ est appelée indice adiabatique.

La détermination de l'équation d'état (et donc de l'exposant adiabatique) est cruciale pour juger de la stabilité de l'étoile. Quand une étoile réduit son volume (=commence à s'effondrer), elle augmente la densité ρ, cela produit un accroissement de la gravité (vu que les masses sont plus rapprochées, le poids de l'étoile augmente) et il faut donc que la pression augmente avec suffisamment de vigueur pour contrer l'effondrement, sinon la gravité l'emportera. On peut montrer facilement que l'étoile est stable si Ɣ >4/3.

Pour une étoile dominée par la pression gazeuse, comme le Soleil, Ɣ = 5/3 donc, c'est bon, c'est stable.

Quand c'est le rayonnement qui domine Ɣ = 4/3, c'est à dire qu'on est pile à la limite de stabilité. Les étoiles dominées par la pression de rayonnement, c'est à dire très chaudes à l'intérieure, sont donc sur le fil du rasoir. Or la température est en M/R (masse divisé par rayon). Les étoiles très massives sont très chaudes au centre. Et au cours de la vie de l'étoile cette température centrale ne fait qu'augmenter.

Ça ne va pas bien se passer s'il y a des "pertes de charges", c'est à dire si un mécanisme distrait de l'énergie aux photons, qui ne peuvent supporter le poids de l'étoile qui s'ils sont investis à 100%. Ces pertes de charges vont se produire sous l'effet d'une température excessive.

Pour des étoiles > 100 M☉ la température va franchir le milliard de degrés alors que la nucléosynthèse n'en est qu'à l'oxygène (on a donc encore pas mal d'énergie thermonucléaire sous la pédale). A ces températures, on commence à voir apparaître des photons qui dépasse le MeV, c'est à dire dont l'énergie est suffisante pour produire une paire électron-positron. Des photons disparaissent pour créer ces paires : de l'énergie est ainsi soustraite au cœur => début d'effondrement. La température et la densité augmentent, ce qui booste les réactions nucléaires, excessivement sensibles à la température. Pour des étoile pas trop hyper massives (<130 M☉, type Eta Carinae) ce surcroît de production est suffisant pour stopper l'effondrement, elles sont sauvées pour le moment et attendront d'épuiser leur combustible central pour s'effondrer en supernova gravitationnelle, avec formation d'un trou noir.

Pour des étoiles comprises entre 130 et 250 M☉ ça s'emballe et c'est tout le cœur qui combuste massivement (en nickel-56, le noyau "terminal" de la nucléosynthèse) et si l'énergie dégagée de la sorte dépasse l'énergie de liaison gravitationnelle de l'étoile (GM²/R), tout est dispersé façon puzzle. Ce sont les supernovas par instabilité de paires, qui ne laissent aucun reliquat.

Pour les étoiles qui abusent carrément, au delà de 250 M☉, une autre "perte de charge" advient, la photodésintegration. Les photons gamma ont tout simplement assez d'énergie pour briser des noyaux, ce qui absorbe moult énergie. Le cœur perd de la sorte suffisamment de chaleur avant que la nucléosynthèse ne s'emballe pour s'effondrer en trou noir.

Il faut également prendre en compte la composition initiale de l'étoile en terme de métallicité. La métallicité (dans le contexte astrophysique) c'est la proportion en masse du gaz initial qui n'est ni de l'hydrogène, ni de l'hélium (2% pour le Soleil, et cette proportion est d'autant plus faible que l'étoile est née à des époques reculées de l'univers).

Le schéma ci-dessus résume le devenir de l'étoile en fonction de la masse initiale et de la métallicité de l'étoile (les deux comparées à celles du Soleil). Les trous noirs se forment dans les zones en noir.

On voit que pour les métallicités élevées, il ne se forme plus de trous noirs, et que donc l'âge de formation des trous noirs stellaires est globalement révolue (heureusement, l'astrophysique est une des rare science capable d'observer directement le passé).

Schéma wiki d'après (Heger et al., 2003) consultable librement ici : HOW MASSIVE SINGLE STARS END THEIR LIFE

[A voir en vidéo sur Futura]

[saint.112]

Bonjour à tous,

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Ma question est toute bête, Les supernovæ de type IA, lors de leur explosion, génère un nouvelle astre cosmique de type "trou noir" ou "étoile à neutron", peut-on dire que la puissance de l'explosion est le facteur déterminant le type d'objet résultant?
si oui, ou est le trou noir du "Big Bang"?

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Bien à vous
Fabian

Bonjour et bienvenue au club !

Je n’ai bien sûr rien à ajouter sur le fond à ce qu’a dit Gilgamesh.
Sur la forme, tu as parfaitement compris le mode d’emploi du forum, bravo. Il est fait pour les petits curieux comme toi qui veulent en savoir plus et qui ont des questions à poser. Continue comme ça.

Nico