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Les questions que l’on se pose sur les acquis, les défis et l’évolution de la science (physique, biologie, mathématique, informatique, etc), les grandes inconnues comme la matière et l’énergie noire en astrophysique, les bons documents d’introduction : livres, site de vulgarisation.

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On entend des mots comme : trou noir, matière noire, énergie noire, expansion de l’univers, exo-planètes … qu’en est-il exactement pour les non spécialistes ???

Un trou noir est un objet céleste dont la masse est tellement concentrée que l’intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière et de rayonnement de lui échapper.
La vitesse de libération d’un trou noir (vitesse que doit atteindre un objet pour se libérer de l’attraction d’un objet céleste comme une étoile ou une planète ; 11,2 km/s soit 40320 km/h pour la terre, 617 km/s soit 2223 km/hpour le soleil ) est supérieure à la vitesse de la lumière ; la matière et le rayonnement qui ne peuvent pas dépasser la vitesse de la lumière, ne peuvent donc pas lui échapper.
Pour qu’un objet de la masse du soleil soit un trou noir, il faut que son rayon soit de l’ordre de 3 km, ce qui lui donne une densité énorme et il exercera une attraction égale à celle du soleil.
Les trous noirs stellaires se forment par effondrement gravitationnel sur elles-mêmes d’étoiles massives. Leur masse équivaut à quelques fois la masse du soleil.
Les trous noirs super-massifs ou galactiques sont situés au centre des galaxies ; ils peuvent atteindre plusieurs milliards de fois la masse du soleil.
Les trous noirs ne pouvant ni émettre ni diffuser de la lumière et des ondes électro-magnétiques, sont donc noirs (invisibles) quelle que soit la fréquence à laquelle on les observe. Mais on peut les observer indirectement par l’effet de leur champ gravitationnel sur les objets qui les entourent.
On peut aussi détecter les ondes gravitationnelles qu’ils génèrent dans certaines circonstances.
Enfin la matière qui tombe dans le trou noir (disque d’accrétion) est chauffée à une température telle qu’elle émet des rayonnements X que l’on peut détecter, comme dans l’image ci-dessous : disque d’accrétion du tour noir super massif de la galaxie M87 qui date du 10 avril 2019 :

Plusieurs énigmes sont liées à l’estimation de la masse des objets visibles dans le ciel :

  • d’après les lois de la gravitation de Newton et de Kepler, les étoiles tournent autour du centre de leur galaxie, un peu comme les planètes tournent autour de leur étoile. Plus on s’éloigne du centre, moins les étoiles devraient tourner rapidement. Pourtant on observe qu’à partir d’une certaine distance, elles tournent trop vite par rapport à ce qui est attendu.

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Ceci peut s’expliquer par de la masse invisible en plus de celle que l’on peut observer sous la forme d’étoiles et de nuages de matière interstellaire, un halo de matière invisible et inconnue dite « matière noire » entourant la galaxie.

Les mouvements des galaxies elles-mêmes posent également probème et tendent à prouver l’existence de très grands amas de matière noire entre les galaxies.

Cette matière noire peut être constituée d’objets invisibles, petits et en grand nombre, de gaz, naines brunes ou blanches, ou de particules inconnues qui interagissent peu avec les particules connues et avec les rayonnements détectés par les différents types de télescope. Les accélérateurs de particules comme le CERN cherchent, jusqu’ici sans succès, à faire naître et à détecter des particules de matière noire.
La matière noire peut cependant être étudiée par ses effets gravitationnels.