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L'astronomie au gré des saisons, 2018-04-17
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Collisions entre trous noirs
Tapping, Ken
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https://nrc-publications.canada.ca/eng/view/object/?id=dfb13e0d-5186-47e8-aa13-8cdcac60ab99 https://publications-cnrc.canada.ca/fra/voir/objet/?id=dfb13e0d-5186-47e8-aa13-8cdcac60ab99COLLISIONS ENTRE TROUS
NOIRS
Ken Tapping, le 17 avril 2018
Les phénomènes qui actuellement produisent la plus grande quantité d’énergie dans l’Univers sont probablement les collisions entre trous noirs massifs. Elles sont d’une violence telle qu’elles engendrent des distorsions dans l’espace-temps, lesquelles peuvent être détectées à des millions, voire à des milliards d’années-lumière. Une année-lumière est la distance que la lumière parcourt en une année, soit environ 1e13 (1 suivi de 13 zéros) de kilomètres. Imaginons
maintenant deux objets très denses et très compacts, d’une masse se situant entre quelques fois et des millions de fois la masse solaire, qui se percutent à une vitesse proche de celle de la lumière. Pour appréhender l’ampleur d’un tel évènement, il faut d’abord
comprendre ce que sont les trous noirs ainsi que leur effet sur l’espace-temps.
Un trou noir est formé de matière comprimée à
l’extrême. Prenons pour exemple le Soleil, une boule de gaz incandescent faisant environ 1,5 million de
kilomètres de diamètre. Lorsque le Soleil aura épuisé son combustible, la pression interne qui maintient les couches extérieures tombera, et celles-ci s’affaisseront. En se contractant, la matière comprimera le noyau jusqu’à ce que les atomes s’imbriquent les uns dans les autres de la manière la plus compacte possible. Le Soleil sera alors devenu une naine blanche, une étoile de la taille de la Terre, mais une seule cuillère à thé de sa matière pèsera plusieurs tonnes. C’est ainsi qu’il terminera sa vie. Si la pression appliquée est encore plus grande, comme sous l’effet d’ondes de choc causées par une explosion colossale à l’intérieur dans les couches externes, les atomes, qui sont
essentiellement composés de vide, se télescoperont pour former une étoile à neutrons d’un diamètre de quelques kilomètres à peine. Une cuillère à thé de cette matière pèserait des milliards de tonnes.
Étonnamment, si la pression exercée est suffisante, on peut comprimer cette matière encore plus jusqu’à ce que la force gravitationnelle qu’elle exerce sur elle-même dépasse sa résistance à la compression; le rétrécissement alors se poursuivra non seulement de plus belle, mais en s’accélérant. La concentration d’une masse énorme en un très petit volume, de la taille d’un atome peut-être, déforme l’espace-temps à un point tel que l’objet disparaît de notre champ de vision, derrière
un « horizon des évènements ». L’objet est devenu un trou noir. Les trous noirs peuvent continuer de grossir en avalant les gaz, les planètes et les étoiles qui s’approchent de trop près. Ce qui pénètre dans un trou noir ne peut jamais en sortir.
Tous les objets contenus dans l’Univers causent de petites distorsions dans l’espace-temps, comme des boules de quilles déposées sur la toile d’un trampoline la distendent. En se déplaçant, les objets créent des vagues qui se propagent comme des ondes à la surface d’un étang. Ces vagues sont des ondes gravitationnelles. Dans le cas d’objets de la taille du Soleil, les ondes de proue et les distorsions qu’elles induisent sont petites et l’énergie qu’elles renferment est négligeable. Ce n’est pas le cas des trous noirs, qui perdent beaucoup d’énergie en créant des ondes gravitationnelles.
La plupart du temps, les étoiles se croisent sans trop de conséquences. Comme l’énergie qu’elles perdent est faible, elles poursuivent simplement leur course. Lorsque deux trous noirs se croisent, ils libèrent tellement d’énergie en générant des ondes
gravitationnelles qu’ils peuvent demeurer prisonniers l’un de l’autre. Leur sort est alors scellé. Ils continuent de perdre de l’énergie, traçant des spirales de plus en plus serrées l’un autour de l’autre, en accélérant la cadence jusqu’à atteindre presque la vitesse de la lumière avant de se percuter et de fusionner pour former un trou noir encore plus gros. Il est difficile d’imaginer la force de cette collision, mais le fait que nous puissions détecter les ondes gravitationnelles créées à d’énormes distances est un indice de la quantité d’énergie alors libérée.
On trouve habituellement des trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Celui au centre de la Voie lactée, notre galaxie, a plusieurs millions de fois la masse du Soleil. Selon les recherches les plus récentes, plusieurs trous noirs plus petits orbiteraient autour du trou noir central. Nous serons donc aux premières loges des collisions qui se risquent de se produire dans l’avenir.
Aussi brillante qu’une étoile, Vénus est de plus en plus visible dans les lueurs du couchant. Jupiter se lève vers 22 h, Mars à 2 h et Saturne à 3 h. La Lune dessinera son premier quartier le 23 avril.
Ken Tapping est astronome à l’Observatoire fédéral de radioastrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.
Tél. : 250-497-2300, téléc. : 250-497-2355 Courriel :
