Horizon (trou noir)

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Vue d'artiste de l'horizon des événements du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée.

En astrophysique, l'horizon d'un trou noir, ou l'horizon des événements (event horizon en anglais), représente la partie d'un trou noir à partir de laquelle la vitesse de libération atteint celle de la lumière. Selon le type de trou noir concerné, la taille et la forme de l'horizon seraient variables. Elles seraient en grande partie déterminée par la masse et par le moment cinétique du trou noir.

L'horizon des événements est une hypersurface du genre lumière[1].

L'horizon représente la limite de l'extension spatiale du trou noir, définissant ce qui peut être considéré comme étant sa taille. La région délimitée par l'horizon des événements diffère ainsi de la singularité gravitationnelle centrale, qui serait d'un rayon nul et d'une densité infinie.

Jusqu'ici, aucun horizon des événements n'a été observé.

Types[modifier | modifier le code]

Article principal : Trou noir.

Selon le théorème de calvitie, les trous noirs peuvent être décrits à partir de trois paramètres : la masse, le moment cinétique et la charge électrique.

Selon ces paramètres, on distingue quatre types de trous noirs[2] :

Horizon de Schwarzschild[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Horizon de Schwarzschild.

Le théoricien Karl Schwarzschild a été le premier à étudier sérieusement les trous noirs en tenant compte de la relativité générale. Il a ainsi mathématisé le rayon de Schwarzschild, qui définit le rayon minimum dans lequel une certaine masse doit être confinée afin de créer un trou noir, i.e. le rayon nécessaire pour que la force gravitationnelle engendrée par la masse amène une vitesse de libération égale à la vitesse de la lumière.

Le rayon de Schwarzschild (Rs) s'exprime en fonction de la constante gravitationnelle (G), de la vitesse de la lumière (c) et de la masse (M) ainsi :

Équation : Rs=2GM ⁄c2

Ainsi, par exemple, le rayon de Schwarzschild du Soleil correspond à environ 3 km.

Une masse comprimée à son rayon de Schwarzschild continuerait à se comprimer pour former la singularité centrale, laissant derrière un horizon des événements sphérique[3].

Horizon du trou noir de Kerr[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Trou noir de Kerr.

Selon la relativité générale, un trou noir en rotation entraînerait autour de lui l'espace-temps dans le même sens par effet Lense-Thirring[2]. La région affectée s'appelle l'ergosphère.

Ces effets entraîneraient un horizon ou des horizons des événements chez les trous noir de la "famille" de Kerr[4]. L'une des possibilités postule l'existence d'un horizon "interne" et d'un horizon "externe". Ainsi, un rayon lumineux ayant traversé l'horizon externe sans avoir franchi la limite de l'horizon interne serait dans la possibilité d'en ressortir[5].

Effets[modifier | modifier le code]

Les horizons des trous noir entraîneraient divers effets physiques mesurables.

Effet de marée[modifier | modifier le code]

Article principal : Force de marée.

Selon la taille de l'horizon et la masse du trou noir, les forces de marée à proximité de l'horizon peuvent être très importantes et amener une "spaghettification" des objets qui l'approchent[6]. Plus la masse du trou noir est grande, plus l'horizon est grand et plus l'effet de marée serait faible. Inversement, un petit trou noir aura un grand effet de marée au niveau de son horizon[7].

Évaporation des trous noirs[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Évaporation des trous noirs.

Selon la théorie quantique des champs, des paires de particules-antiparticules virtuelles peuvent se créer par fluctuation du vide. En général, ces paires se créeraient et se détruiraient très rapidement[8]. Cependant, si une paire est créée près d'un horizon des événements, il est possible que l'une des particules soit capturée par le trou noir. Dans ce cas, par conservation de l'énergie, le trou noir perdra une partie de sa masse en une sorte d'"évaporation"[9].

Censure cosmique[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Censure cosmique.

Le théoricien Roger Penrose a postulé qu'il n'existerait pas de singularité gravitationnelle sans horizon des événements. Il a présenté cette conjecture, dite de la censure cosmique, en 1973[10].

Selon certains théoriciens, le Big Bang pourrait avoir été créé à partir d'une singularité nue[11],[12].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Éric Gourgoulhon, Relativité générale, Paris, Observatoire de Paris, universités Paris-VI, Paris-VII et Paris-XI et École normale supérieure,‎ 2013, 341 p. (lire en ligne [PDF])
  2. a et b Adrien Bernard, « Trou noir », sur Techno-Science.net (consulté le 24 avril 2013)
  3. Séguin et Villeneuve 2002, p. 295-296
  4. Jacques Fric, « Les trous noirs de la famille de Kerr », sur planèteastronomy.com,‎ 2008 (consulté le 29 avril 2013)
  5. Lussance 2001, p. 49.
  6. Olivier Esslinger, « L'espace-temps autour d'un trou noir », sur Astronomie et Astrophysique,‎ 2003 (consulté le 1 mai 2013)
  7. Adrien Bernard, « Force de marée », sur Techno-Science.net (consulté le 1 mai 2013)
  8. (en) Dr. Dave Goldberg, « What makes black holes so black? », sur io9,‎ 2011 (consulté le 27 avril 2013)
  9. Olivier Esslinger, « L’évaporation des trous noirs », sur Astronomie et astrophysique,‎ 2003 (consulté le 27 avril 2013)
  10. (en) Hubert L. Bray, Piotr T. Chrusciel, « The Penrose Conjecture », sur The vienna University of Technology,‎ 2003 (consulté le 1 mai 2013)
  11. (en) Ian O’Neill, « No Naked Singularity After Black Hole Collision », sur Astroengine,‎ 2008 (consulté le 2 mai 2013)
  12. (en) T. P. Singh, « Gravitational Collapse, Black Holes and Naked Singularities », sur Indian Academy of Sciences,‎ 1999 (consulté le 2 mai 2013)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Document utilisé pour la rédaction de l’article : document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

  • Marc Séguin et Benoît Villeneuve, Astronomie et astrophysique, Éditions du Renouveau Pédagogique,‎ 2002, 2e éd., 618 p. (ISBN 978-2-7613-1184-7, présentation en ligne) Ouvrage utilisé pour la rédaction de l'article
  • Johann Lussance, LA GÉOMÉTRIE DU TEMPS:Une étude sur la nature de l'espace et du temps, Editions L'Harmattan,‎ 2001, 170 p. (présentation en ligne) Ouvrage utilisé pour la rédaction de l'article

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]