Trou noir et la notion de masse volumique

[Orion973]

Salut à tous,

Après avoir regardé plusieurs vidéos d’astronomie, je commence à comprendre ce qu’est un trou noir. Cependant ma compréhension et la représentation que je me fait du trou noir est encore limitées. De ce fait je me pose plusieurs questions, que j’aurais souhaité partager avec vous si vous le permettez.

1. Comment est-ce possible qu’une matière peut changer de masse? En physique, le volume de chaque matière correspond à une masse donnée.
Exemple: 1kg d’eau pure = 1 litre
En gros chaque matière (atome) possède une masse volumique.

C’est difficile d’imaginer une étoile diminuer de volume et conserver sa masse voir l’augmenter.

2. Comment appel t-on en physique le processus qui permet de modifier le volume d’une matière sans toucher à sa masse. (Est ce que cela à un lien avec la fusion hélium/hydrogène hélium/carbone les phases d’une étoile)?

3. Est ce que le trou noir a un rapport avec la transformation? («*Dans l’univers rien ne se créé, rien ne se perd, tout se transforme*»)
Ce qui permet à une étoile qui s’effondre sur elle même de diminuer de volume en augmentant sa masse (donc de devenir un trou noir) c’est un processus de transformation chimique ?

Si c’est le cas, pouvez vous donner un exemple sur terre de transformation chimique qui permet de diminuer le volume d’une matière tout en conservant sa masse?

Il me vient à l’esprit un exemple : l’oxygène liquide (Lox)
Je sais que pour permettre à un lanceur d’empoter un maximum de carburant (ergol) on opte pour l’oxygène liquide.
1 litre de O2 liquide = 850 litre de O2 gazeux. On gagne de la place. On revient donc à cette notion de masse volumique.
Je ne sais pas si c’est un bon exemple?
Pour l’oxygène, la matière reste identique, elle ne fusionne pas, c’est juste l’état de l’oxygène qui change car elle est compressé. Alors que dans une étoile c’est une fusion, mais d’une certaine façon l’astre est compressé aussi.
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[pm42]

Exemple: 1kg d’eau pure = 1 litre

Non, ça dépend de la température. Au delà de 100°C, ton eau s'est vaporisée. En dessous de 0, elle est devenue de la glasse et elle occupe plus de volume.

En gros chaque matière (atome) possède une masse volumique.

Non plus.

C’est difficile d’imaginer une étoile diminuer de volume et conserver sa masse voir l’augmenter.

Personne n'a jamais dit que sa masse augmentait. Quand à diminuer de volume en gardant sa masse, tu fais ça tout le temps avec l'air de tes poumons par exemple.

2. Comment appel t-on en physique le processus qui permet de modifier le volume d’une matière sans toucher à sa masse.

Comprimer.

(Est ce que cela à un lien avec la fusion hélium/hydrogène hélium/carbone les phases d’une étoile)?

Non.

3. Est ce que le trou noir a un rapport avec la transformation? («*Dans l’univers rien ne se créé, rien ne se perd, tout se transforme*»)
Ce qui permet à une étoile qui s’effondre sur elle même de diminuer de volume en augmentant sa masse (donc de devenir un trou noir) c’est un processus de transformation chimique ?

Non, ce n'est pas chimique, c'est gravitationnel.

[Orion973]

Bonjour,

mais du coup comment expliquer le processus de l’effondrement d’une étoile sur elle même qui lui permet de se compresser tout en gardant sa masse?

[pm42]

mais du coup comment expliquer le processus de l’effondrement d’une étoile sur elle même qui lui permet de se compresser tout en gardant sa masse?

Par la gravité. Comme déjà dit, autour de toi, tu es entouré en permanence de mécanismes de compression/décompression qui changent le volume de quelque chose sans changer de masse à commencer par ton réfrigérateur. Ou tes muscles.
Tu peux aussi sans respirer gonfler ta poitrine : elle change de volume mais tu n'as pas changé de masse.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

mais du coup comment expliquer le processus de l’effondrement d’une étoile sur elle même qui lui permet de se compresser tout en gardant sa masse?

Les réponses sonnt assez simples (mais pour les approfondir ça peut vite devenir très complexe) :

- la gravité est toujours attractive. Et plus un corps est compact, plus la gravité est forte (puisque la force de gravité est F = GMM'/R², et plus compact veut dire rayone R plus petit).
On comprend donc qu'elle peut devenir si forte qu'elle dépasse tout autre force (électromagnétique et même nucléaire).

- la masse totale est définie comme étant une quantité constante et invariante

- Enfin, lorsqu'un corps atteint une compacité suffisante la gravité devient si forte que rien ne peut s'en échapper même en étant projeté à la vitesse de la lumière (la vitesse d'évasion devient plus grande que la vitesse de la lumière).
Ca c'est plutôt la définition de "corps sombre" de Laplace. C'est un peu plus compliqué en relativité générale (la gravité est un effet de la déformation de l'espace-temps, et lorsque la limite ci-dessus est atteinte, l'espace-temps est si déformé qu'il n'y a tout simplement plus de chemin parant de l'intérieur vers l'extérieur ! La séparation entre intérieur et extérieur est appelé "horizon des événements").

Quant à l'état de la matière c'est une autre histoire. Avbec une pression et donc une témpérature croissantte (les deux vont de pairs) : Les solides fondent, puis se vaporisent, puis forme un état dit de plasma (tous les électrons sont arrachés aux atomes, c'est un gaz ionisé, ça existe même à basse température dans les néons des enseignes de magasins ). En fait dans une étoile c'ést déjà cet état. Si on comprime on obtient un plasma dense (au centre du soleil, la densité est environ celle de l'eau), puis de plus en plus dense jusqu'à former un état appelé "plasma de quarks et gluons" ou "boules de glu" qu'on sait produire dans les grands accélérateurs d'ions lourds comme au Breakheaven. Au-délà.... donc au centre d'un trou noir.... on ne sait oas trop !!!! C'est inaccessible tant à nos théories qu'à l'observation ou l'expérimentation. Quand on aura des théories unifiée ou de gravitation quantique validées et manipulables (les calculs sont affreux) : boucles, cordes, ou autre, alors on comprendra mieux.