Astronomie et cosmologie

Des trous noirs écologiques

Un trou noir est un objet astronomique, en général une étoile hypermassive qui s'est éffondrée sur elle même, doté d'un champ gravitationnel intense qui attire la matière à lui et d'où même la lumière ne peut s'échapper.

L'une des caractéristiques fondamentales des trous noirs est ne pas avoir de mémoire, autrement dit d'annuler la complexité des processus qui les ont crées.

Quand un trou noir se forme, toute son histoire passée est annulée: les 2 seules données qui le décrivent et le caractérisent sont sa masse et son moment angulaire (vitesse de rotation). Les trous noirs en rotation partagent avec ceux qui tournent pas, la propriété d'être entourés par une zone imaginaire qu'on appelle horizon du trou noir, limitez en deça de laquelle aucune particule ne réussit à échapper à l'attraction gravitationnelle du trou noir. Les trous noirs en rotation ont une autre caractéristique: avant l'horizon se trouve une région nommée ergosphère qui s'étend au-delà de la limite statique.

Essayons de comprendre ces notions.

Un tourbillon inexorable: Selon la théorie de la relativité générale, tout corps matériel déforme la géométrie de l'espace-temps environnant. Cette déformation devient extrême dans le cas des trous noirs. Un trou noir en rotation ajoute un autre effet: comme un gigantesque tourbillon marin, il entraîne dans son mouvement de rotation tout se qui s'en approche. En poussant cette analogie, imaginons un pêcheur à bord d'un petit bateau à moteur dont nous supposons que la vitesse maximale soit de 10 noeuds à l'heure: trés loin du tourbillon le pêcheur est libre d'emmemer sa barque où il veut ou de rester stationnaire en un point; il s'il s'approche du tourbillon, il sera lentement attiré puis bientôt obligé de tourner autour du centre de la tourbulence. Il y a deux distances trés précises par raport au centre du tourbillon dont le pêcheur devra se méfier. La première est celle où la vitesse de rotation du courant est égale à la vitesse de pointe de son bateau. En dessous de celle-ci, le pêcheur ne pourra pas maintenir son embarcation dans une position fixe, quand bien même il irait le plus vite possible dans le sens contraire de celui de la rotation du tourbillon. Cependant, avec un minimum de pratique marine, le pêcheur pourra encore éviter d'être aspiré par le tourbillon. Mais si notre pêcheur s'approche à une distance inférieure à la précédente, de telle sorte que la vitesse radiale du courant, c'est à dire celle qui part du centre du tourbillon, corresponde à la vitesse de pointe de l'embarcation, il sera inexorablement aspiré. Maintenant à la place du petit bateau, plaçons un photon qui, comme chacun sait, se déplace à la vitesse de la lumière (c = 299792,458 km/s soit 3*10^8 m/s). La limite statique du trou noir correspond à la première distance critique pour le pêcheur: la plus externe. L'horizon du trou noir correspond à la distance critique la plus interne (entre les deux se trouve l'ergosphère). Passé cette barrière, rien n'échappe au trou noir.

Section d'espace autour d'un trou noir en rotation. La zone interne est l'horizon du trou noir, la zone externe est la limite statique.