Ergosphère

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Ergosphere of a rotating black hole.svg

En astrophysique, l'ergorégion est une région comprise entre l'horizon et l'ergosphère[1] d'un trou noir en rotation (trou noir de Kerr ou trou noir de Kerr-Newman). Pour de tels objets, la rotation du trou noir a tendance à entraîner l'espace et la matière dans son mouvement. Ce phénomène est appelé effet Lense-Thirring. Il prend une amplitude telle au voisinage d'un trou noir qu'il devient impossible à un observateur de rester immobile par rapport à des étoiles lointaines (considérées comme fixes). La région dans laquelle cet effet d'entraînement se produit est appelé ergosphère.

Le nom d'ergosphère (en grec, ergon signifie « travail ») vient du fait qu'il est possible d'extraire de l'énergie d'un trou noir en effectuant certaines manipulations dans l'ergosphère. On parle de processus de Penrose ou de superradiance selon que ces manipulations concernent des particules ou des ondes électromagnétiques.

Contrairement à ce que son nom indique, l'ergosphère n'est pas une région sphérique. Sa forme exacte est en fait difficilement représentable dans un espace euclidien tridimensionnel classique, en raison des distorsions de l'espace causées par le champ gravitationnel du trou noir.

Rayon de l'ergosphère[modifier | modifier le code]

Le rayon équatorial de l'ergosphère, noté , d'un trou noir est donné par :

,

où :

  • est la constante gravitationnelle ;
  • est la masse ;
  • est la vitesse de la lumière dans le vide ;
  • est le rayon de Schwarzchild associé à la masse :  ;
  • est le rayon gravitationnel : .

En unités géométriques, c'est-à-dire avec et , le rayon équatorial de l'ergosphère est donné par :

.

Cas du trou noir de Schwarzschild[modifier | modifier le code]

Un trou noir de Schwarzschild est, par définition, un trou noir dont le moment cinétique est nul, c'est-à-dire qui n'est pas en rotation.

Pour un tel trou noir, l'ergosphère se confond avec l'horizon des événements, de sorte qu'il n'existe pas d'ergorégion dans ce cas.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Le Bellac 2015, p. 123.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]