Evolution des connaissances sur les trous noirs les 25 dernières années ?

question posée le 03-08-2014 par Marc Z.

Accélération de trou noir supermassif

Bonjour,

Le livre de JP Luminet "Les trous noirs", paru en 1987 et mis à jour en 1992 suite à la découverte de SN 1987A, faisait le point sur les connaissances à ce sujet.

C'était d'ailleurs un excellent livre de vulgarisation, qui abordait le sujet sans simplifications excessives tout en restant accessible à un large public (quand même un peu cultivé es sciences).

Mais ça, c'était il y a un quart de siècle.

Les connaissances dans ce domaine ont-elles évolué ? Y a-t-il eu de nouvelles découvertes ou de nouvelles théories ?

Merci.

réponse du 11-09-2014 par Fabrice Mottez

Bien sûr, il y a eu des avancées importantes. D'abord, maintenant, il n'y a plus de doute que les trous noirs existent. On a aussi appris qu'il y a un trou noir géant au centre de toutes les grandes galaxies, y compris la nôtre, dont la masse a été mesurée au cours des années 1990. On sait actuellement qu'il y a une corrélation entre la masse du trou noir central des galaxies, et la masse totale de la galaxie qui l'héberge. Ce sont là quelques résultats importants concernant les trous noirs super-massifs, mais il y a eu des centaines d'autres travaux très intéressants à ce sujet.

On en sait plus aussi sur les trous noirs de masse stellaire. On a pu déterminer la masse de plusieurs étoiles à neutrons. Leur masse maximale possible (de l'ordre de 3 masses solaires, mais c'est toujours en discussion) est intéressante pour les trous noirs, car une étoile compacte plus massive devient, selon les théories en cours, un trou noir.

Certains modèles montrent par exemple que lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent, elles peuvent former une sorte d'étoile à neutron géante, qui en quelques millisecondes se transforme en un trou noir.

Ce qui caractérise le mieux un trou noir est son horizon. C'est la zone qui entoure le trou noir au delà de laquelle plus aucune information ne sort. Supposons que de la matière tombe sur le trou noir en assez petite quantité pour que quoique brillante, cette matière demeure transparente. Si elle tombe sur une étoile (une étoile à neutrons par exemple) elle touche alors une surface très dense, et libère beaucoup d'énergie. On doit voir alors une éruption de rayons X et gamma qui témoigne de cette collision de matière avec l'étoile. Mais si cette matière tombe sur un trou noir, elle arrive sur l'horizon, le traverse sans que nous ne remarquions rien de spécial. Il n'y a plus alors d'éruption en X et gamma. Certains observateurs pensent qu'il ont vu de la matière peu dense tomber ainsi sur des objets sans la libération violente d'énergie qui serait associée à la collision finale avec une étoile. Cette matière aurait donc traversé l'horizon d'un trou noir. Ce serait une preuve de l'existence des horizons de trous noirs... donc une preuve de plus que le modèle théorique des trous noirs est le bon.

On connaît des trous noirs de masse stellaire (de l'ordre de quelques masses solaires) et les trous noirs centraux des galaxies (quelques millions ou milliards de masses solaires). Existe-t-il des trous noirs de masse intermédiaire entre ces deux extrêmes. Les preuves expérimentales d'existence de trous noirs ayant quelques milliers de masses solaires commencent à s'accumuler. Notamment au centre de très petites galaxies, ou dans des amas globulaires.

Ce ne sont que des exemples. Il existe aussi des avancées théoriques, quoique elles ne soient pas confirmées expérimentalement à l'heure actuelle.

Il y a aussi des travaux en cours pour une observation directe de la matière tombant dans le trou noir central de notre galaxie (notamment à l'Observatoire de Paris-Meudon). L'image de cette matière devrait être "déformée" d'une manière que l'on sait calculer avec les modèles théoriques standard des trous noirs. L'observer permettrait de vérifier si la théorie est correcte.

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