En 1916, l'astronome allemand Schwarzschild, en s'appuyant sur les travaux d'Einstein, a calculé quelle devrait être la taille d'un astre, pour que la vitesse de libération de celui-ci devienne égale à celle de la lumière.
Cette vitesse est une limite que rien ne peut dépasser, d'après la théorie de la relativité.
Cette vitesse est une limite que rien ne peut dépasser, d'après la théorie de la relativité.
On sait, de plus, que la taille d'une étoile à neutrons diminue avec la masse, parce que la gravitation finit par l'emporter sur la pression de dégénérescence.
Si la masse d'une telle étoile augmente, il va donc arriver un moment, appelé limite d'Oppenheimer-Volkoff, où la vitesse de libération de cette étoile va devenir égale à celle de la lumière, et où rien ne pourra plus s'échapper de l'étoile.
Si la masse d'une telle étoile augmente, il va donc arriver un moment, appelé limite d'Oppenheimer-Volkoff, où la vitesse de libération de cette étoile va devenir égale à celle de la lumière, et où rien ne pourra plus s'échapper de l'étoile.
Remarquons que la cohésion d'une étoile à neutrons dépend également de l'interaction nucléaire forte. Comme le comportement de celle-ci est très mal connu sous forte gravité, la limite d'Oppenheimer-Volkoff n'est pas connue avec précision. Elle se situe entre 1.5 et 3 masses solaires.
On voit sur le graphique ci-contre que la taille de l'horizon d'un trou noir (le rayon de Schwarzschild) rejoint la taille d'une étoile à neutrons quand sa masse vaut environ 2.5 fois celle du Soleil (cette masse est appelée la limite d'Oppenheimer-Volkoff).
On peut remarquer, qu'aussi bien pour une naine blanche que pour une étoile à neutrons, sa taille diminue quand sa masse augmente !
Si rien, pas même la lumière, ne peut s'échapper, cette étoile devient donc invisible : c'est ce qu'on appelle un trou noir.
Ce trou noir n'a pas de surface matérielle ; la matière même qui venait de l'étoile initiale est réduite à un point de densité infinie, appelé singularité.
La "surface" du trou noir est appelée l'horizon, sa taille est appelé 'rayon de Schwarzschild'.
Tout ce qui passe derrière l'horizon n'a aucune possibilité d'en sortir et augmente la masse de celui-ci.
Contrairement à ce que montrent les films d'Hollywood, un trou noir n'a rien d'un "aspirateur cosmique" : il ne va capturer que ce qui passe très près de lui. Si on remplaçait le Soleil par un trou noir de même masse, nous ne verrions pas la différence (du moins en terme de gravité, il nous manquerait quand même la chaleur !)
On peut envisager deux scénarios pour la création d'un trou noir :
- une étoile à neutrons fait partie d'un système binaire et voit sa masse augmenter jusqu'à la limite d'Oppenheimer-Volkoff suite à l'arrachement de la matière de son compagnon - phénomène du disque d'accrétion semblable à celui des novae.
- l'effondrement d'une hypernova, qui conduit à la formation directe d'un trou noir.
Il convient de dire qu'un certain nombre de personnes pensent, arguments à l'appui, qu'un trou noir est physiquement impossible.
Il est vrai que toute la théorie des trous noirs doit être prise avec précaution, en gardant à l'esprit qu'il s'agit essentiellement pour l'instant d'une construction mathématique, mais dont la réalité physique devient quand même de plus en plus certaine.
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