DLR n°18 : Les trous noirs

Les trous noirs,
Jacques Paul,
Dossier LR n°18, février 2005, p. 44-47.

MC : distorsion de l’espace-temps, relativité générale, corps massifs, rayon de Schwarzwild, astres, rayons lumineux.

Notes :Après les travaux d’Albert EINSTEIN concernant sa théorie de la relativité générale, l’astrophysicien allemand Karl SCHWARZSCHILD est le premier à entreprendre une résolution des équations de la relativité générale dans le cadre d’un champ gravitationnel produit par un corps à symétrie sphérique, une étoile par exemple. C’est de là que naîtra la physique des trous noirs qui est toutefois à l’origine des divergences entre la plupart des scientifiques du moment.

Contenu : On pourrait définir l’espace temps comme une région de l’univers d’où rien ne peut s’échapper, ni matière, ni lumière. Dans l’espace, il apparaît comme un condensé de rayons lumineux assujettis aux fortes distorsions de l’espace temps qu’il déforme à travers la présence de matière ou d’énergie.
Selon Einstein, il faudrait imaginer le tissu de l’univers comme un espace à 4 dimensions. Schwarzwild essaye donc de calculer la courbure de l’espace temps en admettant qu’il existe pour chaque étoile d’une masse donnée un périmètre critique au rayon fixé auquel il attribue son nom (en effet, le rayon de Schwarzwild a pour expression : Rs=2 G m/c², G : constante de gravitation universelle, m : masse de l’astre considéré et c : célérité de la lumière) ; par la suite, il établit que :

* plus R≈Rs (où R représente la valeur du rayon de l’étoile), plus la distorsion de l’espace alentour s’accroît ;
* si plutôt R=Rs (c’est-à-dire R rigoureusement égal à Rs), la distorsion de l’espace est telle que la longueur d’onde lumineuse qu’émet l étoile augmente sans cesse.

Ainsi, d’après Schwarzwild, une étoile dense crée dans l’espace temps un trou si profond que même la lumière ne pourrait s’y échapper, d’où son nom de trou noir décerné en 1967 par le physicien John Wheeler.
Il est admis qu’aux alentours d’un trou, le temps est dilaté au même titre que la longueur d’onde qui enlève toute l’énergie à la lumière contrainte donc à l’extinction. Les trous noirs ont cette particularité d’émettre des ondes gravitationnelles qui influent d’une certaine manière sur la structure de l’espace temps.
Certes, bon nombre de recherches sont néanmoins faites pour les détecter dans l’espace (à l’image du lancement du satellite européen Intégral, de l’américain Swift ou du français Symbol. X prévu pour 2012), leur connaissance ne reste pas pour autant extrêmement vague.

Compléments : « Trous noirs et distorsions du temps », Bac to basics, LR, n°312, 09/1998.