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Trou noir

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STAR TREK
(TOS-TAS-TNG-DS9-VOY-ENT)
Voir aussi: Le Trou Noir (boisson) une boisson ferengie
L'article lié: Etoile noire

Un trou noir est un objet massif résultant de l'effondrement d'une étoile sous l'effet de son propre champ gravitationnel lorsque son combustible (l'hydrogène) est épuisé. Le champ gravitationnel devient alors si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper. De tels objets n’émettent donc pas de lumière et sont alors noirs.

Observations Modifier

Trinary star system

Un trou noir au centre d'un système stellaire trinaire

BlackHoleNavigation

L'Enterprise NX-01 parcourant un trajet autour de l'horizon des événements d'un trou noir

EnterpriseNavigatesBlackHole

L' Enterprise rencontrant des débris près d'un trou noir

En 2152, les Vulcains avaient répertorié plus de 2,000 trous noirs.

En 2152, l' Enterprise NX-01 rencontra un trou noir qui faisait partie d'un système trinaire, une configuration qui n'avait jamais été vue par les scientifiques de Starfleet ou de Vulcain. En essayant d'étudier le trou noir, l'équipage de l' Enterprise fut affecté par une forme exotique de radiations qui causa chez tous ses membre (excepté le Subcommander T'Pol, les Vulcains étant immunisés) un comportement irrationnel et obsessionnel. Les analyses de T’Pol’s indiquant qu'une exposition prolongée à cette radiation serait fatale à l'équipage, le Capitaine Jonathan Archer et elle furent contraints de faire naviguer l'Enterprise à travers un champ de débris erratiques de manière à échapper à l'influence de la radiation à temps. (ENT: "Singularity")

La science Terrestre du 20ème siècle utilisait aussi le terme "trou noir" pour des phénomènes aux propriétés similaires à celles d'un trou de ver (ou vortex), qui fournissaient un raccourci à travers l'espace. Le Capitaine James T. Kirk spécula que la sonde V'Ger en avait traversé un et qu'elle avait émergé à l'autre bout de la galaxie où elle tomba dans le champ gravitationnel de la planète-machine. (Star Trek: The Motion Picture)

En 2366 l'USS Enterprise-D, qui tentait de corriger l'orbite décroissante de la lune de Bre'el IV, fut informé par Q que la cause du problème était "le résultat d'un important objet céleste passant presque à angle droit du plan du système stellaire... probablement un trou noir."

La forme de vie de la singularité quantique a besoin d'un puits gravitationnel pour faire incuber ses enfants et confondit le noyau du moteur d'un Oiseau-de-Guerre romulien avec un trou noir. (TNG: "Timescape")

Les trous noirs sont délimités par leur horizon des événements, la frontière en deçà de laquelle rien ne peut s'échapper. En 2371 l'USS Voyager NCC-74656 fut happé en deçà de l'horizon des événements d'un trou noir et fut l'objet de phénomènes temporels et de distorsions spatiales inhabituels. Le Voyager put s'échapper en utilisant un rayon dekyon qui ouvrit une brèche dans l'horizon des événements. (VOY: "Parallax")

Les trous noirs sont des phénomènes naturels mais similaires aux Singularités artificielles, telles que celles utilisées par les vaisseaux romuliens au 24ème siècle ou la station de relais du réseau de communications hirogène rencontré par le Voyager en 2374. (TNG: "Timescape" ; VOY: "Message in a Bottle", "Hunters")

Narada destroyed

Le Narada détruit par un trou noir

Un trou noir peut être créé artificiellement par l'ignition d'une faible quantité de matière rouge. Un tel phénomène captura les vaisseaux Narada et Jellyfish suite à l'utilisation de matière rouge pour créer un trou noir afin d'absorber la supernova de 2387. Les deux vaisseaux furent transportés dans le passé, en plein 23ème siècle, avec un différentiel de 25 ans à l'arrivée causé par le délai de quelques secondes entre leurs entrées respectives. Les actions du Narada créèrent une chronologie alternative, dans laquelle la matière rouge fut injectée dans le noyau de la planète Vulcain, provoquant sa désintégration complète. Le Narada fut plus tard happé par un autre trou noir quand une grande quantité de matière rouge explosa à l'intérieur du vaisseau suite à une collision avec le Jellyfish. Le trou noir qui se forma à l'intérieur du Narada détruisit le vaisseau romulien. (Star Trek (film 2009))

RéférencesModifier

CoulissesModifier

Autres informationsModifier

Monde Réel
(article ou section(s) écrit(es) à partir du point de vue: "monde réel")

historique du concept de trou noirModifier

Le concept de trou noir remonte aux années 1770-1780 au cours desquelles John Mitchell et Pierre Simon de Laplace imaginèrent qu'un objet très massif pourrait posséder une vitesse de libération supérieure à celle de la lumière. A l'époque, il n'était pas envisagé que la vitesse de la lumière soit une limite maximale, mais cela conférait tout de même à l'objet en question la propriété de ne pas renvoyer de lumière. La vitesse de libération est la vitesse nécessaire pour s'échapper de l'attraction d'un corps massif, et elle est indépendante de l'objet qui cherche à s'en échapper. C'est un concept de physique classique Newtonnienne.

Cependant, c'est avec la relativité générale d'Albert Einstein en 1915 et les travaux consécutifs de Karl Schwarzschild en 1916 qu'apparut la notion de rayon critique (depuis lors appelé rayon de Schwarzschild ou Rs). La relativité générale indique que l'espace-temps est courbé en fonction des masses qui l'occupent et du rayonnement d'énergie en tout point. Pour calculer la géométrie en un point, il faut résoudre l'équation S = χ.T qui se développe en 16 équations différentielles à 16 inconnues et est insoluble dans le cas général. Cependant elle devient soluble par exemple dans le cas d'une masse sphérique entourée de vide (cas général des astres). C'est ce cas que résolut Schwarzschild, et il trouva que la géométrie d'un plan équatorial s'apparentait à celle d'une nappe incurvée vers le centre de la masse. Autrement dit, ce qui nous semble plat se comporte comme s'il ne l'était pas, et toute trajectoire naturelle autour de la masse a tendance à s'incurver vers cette masse. Cela était en accord avec le fait que la relativité générale remplaçait la force de gravitation par des propriétés géométriques où les particules suivaient des "géodésiques" courbes mais sans subir de force. Cependant, la géométrie de Schwarzschild se restreignait à une région extérieure à la masse sphérique. Il ne calculait pas la courbure de l'espace à l'intérieur de celle-ci (cela fut fait dans les années 50 par Gamow). Il s'aperçut aussi qu'une discontinuité survenait à une distance Rs = 2GM/c² du centre de masse si celui-ci était situé à l'extérieur. Autrement dit, si la masse sphérique était très dense et qu'elle était contenue à l'intérieur du rayon Rs, les calculs divergeaient à cette limite. On tombe sur une singularité. Schwarzschild venait de découvrir le trou noir (bien que cette appellation ne date que de 1968).

Cependant, cette singularité est d'ordre mathématique. Dans le années 1960, Martin Kruskal et George Szekeres réussirent à établir un nouveau système de coordonnées où les géodésiques peuvent traverser la singularité apparente. Un voyageur hypothétique peut la franchir et continuer à progresser jusqu'au centre. Mais là tout se complique : une fois franchi Rs, le voyageur ne peut pas faire demi-tour. C'est une frontière qu'on ne peut passer que dans un sens, on l'appelle l'horizon des événements. De plus, si le voyageur parvient à Rs en un temps fini et le franchit sans problème, de l'extérieur, on ne le verra jamais ; pour tout le reste de l'univers, il semble que le voyageur met un temps infini pour atteindre le fameux horizon. Le trou noir semble être une région hors du temps universel, située au delà de la fin de l'univers. De plus, une fois à l'intérieur du trou noir, on ne peut jamais atteindre son centre où toute la masse est concentrée en un point. Cette fois c'est une véritable singularité physique.

A noter qu'il semble bien que toutes les particules sont ponctuelles. Comme la plupart ont une masse non nulle, celle-ci est donc située à l'intérieur de son rayon de Schwarzschild. Toute particule est un trou noir quantique. Nous sommes tous faits de trous noirs.

Caractéristiques d'un trou noirModifier

Un trou noir n'attire pas plus la matière environnante que ne le ferait une étoile de même masse. Les travaux actuels permettent de penser qu'il y en a un au centre de chaque galaxie.

cependant, un trou noir en rotation a d'intéressantes propriétés : il entraîne la structure de l'espace-temps dans sa rotation. Tout matière proche se met à tourner autour (d'un point de vue extérieur), sans réellement bouger. C'est comme un tapis roulant. Cette matière, avant de tomber dans le trou noir, s'échauffe et est bien visible. C'est ce qu'on appelle le disque d'accrétion. C'est grâce à lui qu'on peut repérer les trous noirs de ce type (ceux qui sont statiques sont invisibles).

Le trou blancModifier

Par opposition au trou noir, les scientifiques ont établi l'hypothèse du "Trou Blanc":

Un trou blanc (aussi appelé fontaine blanche) est le symétrique par rapport au temps d'un trou noir, puisque dans un cas rien ne peut sortir d'un trou noir, et dans l'autre rien ne peut pénétrer dans une fontaine blanche. Techniquement, cela s'exprime par le fait que la singularité gravitationnelle qui existe au sein de ses objets est dans le futur de l'horizon qui l'enveloppe: trou noir, ou dans son passé: trou blanc.

L'hypothèse du trou blanc a été avancée pour des raisons de symétrie mais est quasiment abandonnée aujourd'hui. En effet, si on peut expliquer comment un trou noir se crée, c'est quasiment impossible pour un trou blanc, de par sa nature même. Il devrait avoir existé depuis le début de l'univers. A la limite, le big bang pourrait être considéré comme l'unique exemple de trou blanc ayant existé.

Le trou blanc permettait aussi d'imaginer que la matière engloutie par le trou noir ressorte quelque part, dans le même univers ou un autre, voire à une autre époque. Ce genre de connexion entre deux points d'espace-temps éloignés a été appelée trou de ver. Les points d'ouverture de chaque côté ne sont plus nécessairement des trous noirs et blancs.

Liens externesModifier

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