7 - Vers le centre de la galaxie 2

Tout d'abord je vous présente mes meilleurs vœux pour cette nouvelle année pleine d'aventures … heureuses.

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Profitons de cette période nouvelle qui commence pour oser de nouvelles choses. Continuons à voir ce qu'est un trou noir puis à nous en approcher !

Nous allons donc nous approcher du trou noir, pas trop près tout de même, afin de pouvoir revenir ! En effet si nous approchons très près, nous allons foncer vers lui et là … ce qui nous arriverait on l'expérimentera la prochaine fois !

 

 

 

 

Cependant avant de s'approcher davantage du trou noir, précisons un peu ce qu'est un trou noir. Pour cela il faut que je vous raconte, brièvement, la vie et la mort des étoiles.

Avant cela juste une remarque "fondamentale". Toute matière, que ce soit une étoile, une plante ou bien nous-mêmes, est formée de plus de 99 % de vide, ce qui fait qu'un objet, aussi imposant ou énorme soit-il, comme une étoile, peut être comprimé dans … un dé à coudre.

Nous avons vu (note "Près de nous", ici)  qu'une étoile naît par la contraction des poussières situées dans une nébuleuse, contraction causée par la gravité. Cette étoile, comme notre Soleil, consomme son énergie plus ou moins rapidement selon sa masse. Une fois qu'elle n'a plus assez d'hydrogène pour continuer sa fusion nucléaire, il n'y a plus équilibre entre l'énergie qui "pousse" la matière de l'étoile vers l'extérieur et la gravité qui tend à la comprimer. La gravité l'emporte et son noyau se contracte, mais à un moment le noyau est tellement comprimé qu'une nouvelle réaction nucléaire se produit, mais cette fois elle a lieu dans l'enveloppe de l'étoile qui grossit alors jusqu'à 100 ou 200 fois sa taille initiale.

Lorsque le Soleil en sera à ce stade, il fera environ 2 000 degrés sur la Terre, un peu chaud pour nous humains !

Les parties externes de l'étoile sont alors trop loin pour que la gravité les retiennent. Elles sont alors éjectées dans l'espace. C'est à ce moment que les atomes de carbone et d'oxygène sont créés. De l'étoile il ne reste plus qu'une grosse boule brûlante de quelques milliers de kilomètres de diamètre qui mettra des milliards d'années à se refroidir.

à gauche une étoile dans sa période active, à droite elle devient vers la fin de sa vie une géante rouge

dans les deux cas, son cœur est en blanc

mort d'une étoile qui éjecte la matière de son enveloppe dans l'espace

Cependant certaines étoiles sont massives, plus de 8 fois la masse du soleil ou beaucoup plus, jusqu'à une centaine de fois. Pour elles les réactions de fusion vont fabriquer des atomes de silicium et, pour les plus massives, le fer et l'or ! Et finalement elles vont également exploser mais dans un feu d'artifice extraordinaire : une supernova, qui, comme l'explique l'astrophysicien Jean-Pierre Luminet, "fait jaillir en quelques jours autant d'énergie que celle produite par le Soleil au cours des 10 milliards d'années" de sa vie active et "pendant quelques jours … [elle] peut briller autant qu'une galaxie entière".

Supernova - image NASA

La supernova ASASSN-15lh découverte en 2015

Tous ces atomes créés sont éjectés dans l'espace où ils vont former, avec d'autres, de nouveaux nuages de poussières d'où naîtront de nouvelles étoiles, et le cycle continue.

L'explosion en supernova a éjecté les couches externes de l'étoile, il ne reste donc plus que la grosse boule brûlante. Toutefois si la masse résiduelle de l'étoile – le noyau restant – ne fait pas plus de 3 fois la masse du Soleil, il reste ainsi et devient une "étoile à neutrons", même si ce n'est plus vraiment une étoile. C'est un corps extrêmement dense puisque pour une masse de 2 à 3 fois celle du Soleil, son diamètre est … d'une dizaine de kilomètres (environ 100 millions de tonnes par centimètre cube) !

Cependant si à côté de l'étoile à neutrons, assez près pour que l'énorme gravité de l'étoile à neutrons joue, se trouve une autre étoile, alors l'étoile à neutrons va "aspirer" de la matière à cette étoile et ainsi augmenter sa propre masse. Ou bien, si l'étoile d'origine avait une masse supérieure à 25 fois celle du Soleil, alors la masse résiduelle fait plus de 3 fois celle du Soleil, ou encore si deux étoiles à neutrons sont proches l'une de l'autre, elles vont finir par s'attirer l'une l'autre et fusionner. Alors, alors, alors … un trou noir va se former.

Un petit trou noir découvert dans notre Galaxie

Un trou noir est une région de l'espace (en fait de l'espace-temps, j'en reparlerai) où la gravité est tellement énorme qu'il aspire tout ce qui s'approche et qu'on ne voit plus ce qui se passe à l'intérieur.

On pourrait dire aussi que la gravité est telle qu'aucune force n'est capable de se libérer de la gravité. Ainsi pour se libérer de la gravité d'une étoile, il est nécessaire que l'énergie nécessaire pour créer le mouvement (l'énergie cinétique) soit supérieure à l'énergie de la gravité.

Trou noir supermassif image NASA © Rex Shutterstock

Des formules très précises permettent de calculer l'énergie nécessaire pour se libérer de l'énergie de la gravité. Le résultat donne la "vitesse de libération". Ainsi pour échapper à la gravité terrestre, la vitesse de libération est de 11 km par seconde ; pour la Lune, qui a une gravité faible (revoir les bonds des hommes qui ont marché sur la Lune), elle est de 2,4 km par seconde. 

Image tirée d'une vidéo de la NASA

Pour le soleil, elle est de 617 km par seconde, soit plus de 2 millions de km par heure, ça commence à faire beaucoup. Eh bien pour un trou noir la vitesse de libération est supérieure à 300 000 km par seconde, c'est à dire supérieure à la vitesse de la lumière … ce qui est impossible puisque rien ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière. Et donc, quand quoi que ce soit franchit l'horizon d'un trou noir, il ne peut plus ressortir.

(Une vidéo suffisamment simple qui explique cela : https://www.youtube.com/watch?v=TdnER8AeIdw )

J'ai écrit plus haut qu'un trou noir est en fait une région de "l'espace-temps" (une notion fondamentale de la relativité générale d'Einstein, dont je reparlerai – voir ci-dessous une première explication simplissime, et donc partiellement fausse !) et j'avais écrit dans ma note précédente que "si vous regardiez un vaisseau s'approcher de l'horizon des évènements du trou noir, vous le verriez ralentir, puis ralentir puis ralentir, ralentir, jusqu'à devenir complètement immobile au moment précis où il atteindrait l'horizon", eh bien cela signifie que ce vaisseau plonge … devinez où ?

Dans un futur infiniment lointain, d'où le fait que l'on ne puisse pas le voir !!!

 

Note : dans l'espace-temps, on ne peut pas définir un lieu sans définir en même temps à quel moment il se situe ; par exemple lorsque vous donnez un rendez-vous à quelqu'un, vous lui indiquez où le retrouver et également quand. Sinon vous ne vous rencontreriez pas. Dans l'espace c'est pareil ; du fait des énormes distances et de la vitesse finie de la lumière (aussi rapide soit-elle), celle-ci met une certaine "durée" à nous parvenir. Aussi pour "situer" une étoile – ou quoi que ce soit d'autre – il faut dire où elle se situe et quand on la regarde. Où et Quand : espace et temps …

 

A très bientôt .

PS : n'hésitez pas à mettre des commentaires ; que ce soit pour demander une explication, ou bien dire que vous n'avez pas compris - certaines notions ne sont pas évidentes à expliquer ; ou simplement pour me faire un petit coucou.