Questions to the experts
Ciel, Terre, Univers
Que se passerait-il si une fusée approchait d'un trou noir ?
Lors d'un échange sur les planètes (suite au travail sur le soleil, la terre, le jour, la nuit) un élève m'a demandé que se passerait-il si une fusée s'approchait d'un trou noir ? Je leur ai dit que je vous poserai la question .
Mais au delà je voudrai avoir une définition simple à donner sur le trou noir.
Merci d'avance.
Thu 06/11/03 - 13:00
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Un trou noir est un astre dont la vitesse de libération (la vitesse nécessaire pour échapper à son attraction gravitationnelle) atteint celle de la lumière (vision mécanique classique de la chose, due notamment aux astronomes Michell et Laplace ; la physique considère la vitesse de la lumière comme le maximum que peut atteindre une vitesse).
Pour rappel la vitesse de libération de la Terre depuis sa surface est de 11,2 km/s. Un calcul permet de montrer qu'un astre de masse M devient un trou noir si son rayon devient plus petit qu'une limite, nommée rayon de Schwarzchild, donnée par Rs = 2GM/c2 (où G est la constante de gravitation universelle =6,67 10-11 en unité SI, et c la vitesse de la lumière :300000 km/s). Pour le Soleil (qui pèse 2 1030 kg) ce rayon vaut environ 3 km (à comparer au rayon du Soleil qui vaut 696000 km). Autrement dit, si on concentrait toute la masse du Soleil dans un astre de seulement 3km de rayon, alors cet astre serait un trou noir.
La sphère de rayon Rs est l'horizon du trou noir. C'est une surface "virtuelle" qui délimite deux zones d'espace-temps : de l'extérieur on peut aller à l'intérieur, mais pas l'inverse. Contrairement à l'horizon des marins, cet horizon est absolu (le même pour tous les observateurs extérieurs). Un trou noir n'est ni un astre avec un fort champ de gravité (de loin il a les mêmes effets gravitationnel que n'importe qu'elle objet de même masse) ni un astre dense (la densité du trou noir, proportionnelle au rapport entre la masse et le cube de Rs est d'autant plus faible que la masse est grande, elle diminue en inverse du carré de la masse).
Pour savoir ce qui arrive à une fusée s'approchant d'un trou noir, il faut comparer sa distance au rayon de Schwarzchild du trou noir. Si la distance est grande devant Rs, il ne se passe rien d'anormal, la mécanique newtonienne s'applique et tout va bien. Si la distance de la fusée diminue, et devient de l'ordre de quelques Rs, divers effets se manifestent : effet de marée (la fusée est étirée radialement, ce qui peut la rompre), décalage des fréquences vers le rouge (effet Doppler gravitationnel), déformation sensible des trajectoires lumineuses (le ciel apparaît déformé) et élasticité du temps.
Quelques références :
Les trous noirs, J.-P. Luminet, Seuil.
http://www.astrosurf.com/lombry/trounoir.htm
Voyage virtuel près dun trou noir : http://antwrp.gsfc.nasa.gov/htmltest/rjn_bht.html