Trauc negre

Un trauc negre es una region de l'espaci temps que sa gravitat empacha tota forma de matèria o de raionament de s'escapar. La teoria de la relativitat generala predís qu'un objècte amb una massa pron importanta es capable de deformar l'espaci temps e de formar un trauc negre. A l'entorn, una superficia, dicha orizont deis eveniments, es definida matematicament per la zòna ont un objècte o un rai serà irresistiblament atirat per la gravitat dau trauc negre. Es dich "negre" perqué l'orizont deis eveniments rebat ges de raionament e apareis donc totalament negre.

Simulacion d'una lent gravitacionala d'un trauc negre que distorsiona l'observacion d'una galaxia al reirefons

Lo concèpte d'un objècte tant massiu que la velocitat de liberacion sigue superiora a la velocitat de lutz foguèt estudiat per lo premier còp au sègle XVIII per John Michell e Pierre-Simon de Laplace. Au sègle XX, l'idèa foguèt tornarmai estudiada per Karl Schwarzschild en 1916 ambé la teoria de la relativitat generala. Sei resultats foguèron lòngtemps considerats coma una curiositat matematica fins ais annadas 1960. Vèrs aqueu periòde, lo desvolopament de l'estudi teoric mostrèt que lei traucs negres èran un tipe de solucions genericas de la relativitat generala. De mai, la descubèrta per leis astronòms d'estèlas de neutrons suscitèt un reviure d'interés per l'estudi deis afondraments gravitacionaus.

Lei traucs negres de massas estellaras se formarián durant l'afondrament d'estèlas a la fin de son cicle de vida. Après sa formacion, lo trauc negre pòu contuniar de créire ne'n absorbent de matèria situada dins seis environs. L'existéncia de mecanismes de fusion de trauc negre es admesa permetent d'explicar l'existéncia de traucs negres que sei massas van d'unei desenaus a unei milions de massas solaras. A l'ora d'ara, se considera generalament que lo centre de la màger part dei galaxias es ocupat per un trauc negre supermassís.

Pasmens, maugrat son caractèr invisible, lo trauc negre es capable d'interagir ambé lei còrs e lo raionament de seis environs. La matèria qu'es atirada vèrs lo centre dau trauc negre forma generalament un disc d'acumulacion que tèn una temperatura auta en causa dei tuerts entre particulas e donc un raionament fòrça important. Una autra forma d'interaccion es la consequéncia de l'influéncia de la gravitat dau trauc negre sus d'objèctes vesins. Aquò permet generalament ais astronòms de calcular la massa dau trauc negre.

Istòria

Desvolopament de la nocion de trauc negre

Retrach de Pierre-Simon de Laplace que foguèt un dei premiers d'imaginar l'idèa d'un còrs que sa velocitat de liberacion seriá superiora a la velocitat de la lutz.

L'emergéncia de la nocion de trauc negre foguèt liada a la question de saber se la lutz podiá èstre influenciada o non per la gravitat coma una particula. Au sègle XVII, aquela question pertocava lo debat pus generau sus la natura de la lutz. Segon Newton, la lutz èra corpusculara mentre que, per Huygens, èra ondulatòria e sensa massa. Coma la finitud de la velocitat de la lutz e lo concèpte de velocitat de liberacion èran coneguts, se podriá imaginar l'existéncia d'objèctes pron massís per tenir una velocitat de liberacion superiora a la velocitat de la lutz.

Lo premier que la formulèt foguèt lo geologòg e astronòm amator anglés John Michell dins un article mandat en 1783 a la Royal Society. I explicava que, maugrat l'aspèct negre e donc invisible d'aquelei còrs, èra possible de'n detectar la preséncia gràcias ais interaccions gravitacionalas. Pasmens, sa teoria aguèt gaire d'ecò.

En 1796, l'idèa foguèt tornarmai desvolopada per Pierre-Simon de Laplace dins son libre Exposition du Système du Monde (en occitan « Exposicion dau Sistèma dau Monde ») : « Un astre luminós, de la mema densitat que la Tèrra, e que son diamètre serà 250 còps pus grand que lo Soleu, permetriá pas, en vertut de son atraccion, a sei rais de venir fins a nosautres. Es donc possible que lei còrs luminós pus grands de l'Univèrs pòscan, per aquela rason, èstre invisibles ». Dins aquò, coma per Michell, aquela teoria suscitèt lo scepticisme dei contemporanèus. De mai, au començament dau sègle XIX, leis experiéncias de Young e Fresnel entraïnèron l'abandon de la teoria corpusculara. Ansin, a partir de la tresena edicion de son libre, Laplace levèt son passatge sus lei traucs negres e lo concèpte foguèt oblidat fins au sègle XX.

L'apòrt de la relativitat generala

Retrach de Karl Schwarzschild (1873-1916) que trobèt la premiera solucion deis equacions de la relativitat generala mostrant l'existéncia possibla d'una singularitat gravitacionala.

La publicacion en 1915 de la teoria de la relativitat generala per Albert Einstein modifiquèt prefondament la concepcion classica de la gravitacion e dei proprietats de l'estructura de l'Univèrs. D'ara endavant, l'espaci es plus considerat coma una entita absoluda mai coma una estructura sopla deformada per la matèria car lo temps e son debanament son afectats per la preséncia de matèria. De mai, la complexitat deis equacions de la relativitat generala èra tant malaisada de resòuvre qu'Einstein espereu foguèsse sceptic quant ai possibilitats de'n trobar de solucions exactas. Pasmens, solament quauquei mes après la publicacion de la teoria, lo fisician alemand Karl Schwarzschild capitèt de calcular una solucion capabla de descriure lo camp gravitacionau exterior d'una distribucion de massa de simetria esferica. Aquela solucion podiá tanben èstre utilizada en l'abséncia de matèria : existía totjorn un camp gravitacionau, que son comportament èra similar a aqueu de la gravitacion universala, mai au centre de la distribucion de massa se situava un ponch, dich singularitat gravitacionala a l'ora d'ara, onte la gravitacion èra infinida. A l'entorn d'aqueu ponch, se troba tanben una zòna onte certanei paramètres de descripcion dau camp gravitacionau èran plus definits. Aquò es lo modèl utilizat per descriure un trauc negre mai, a l'epòca, Einstein e Schwarzschild consideravan aqueu ponch coma solament matematic e non fisic. Pasmens, en 1921, Paul Painlevé e Allvar Gullstrand mostrèron, d'un biais independant l'un de l'autre, qu'aquela zòna corresponguèsse a un orizont deis eveniments. Es a dire una zòna qu'es pas possible de quitar son interior un còp qu'un objècte i es rintrat. Dins aquò, la nocion de trauc negre, meme se va conóisser de desvolopaments importants fins a la Segonda Guèrra Mondiala, demorèt magerament una curiositat matematica.

A la fin deis annadas 1920, lo fisician indian Subrahmanyan Chandrasekhar donèt la premiera aplicacion dau concèpte a un objècte vertadier. D'efèct, mostrèt qu'en delà d'una massa critica, un objècte astrofisic qu'es pas lo sèti de reaccions nucleras pòu s'afondrar vèrs son centre sota l'efèct de sa gravitat car ges de fòrça pòu alora s'i opausar. Lo fach que Chandrasekhar assaièsse d'aplicar sa teoria a una naneta blanca entraïnèt lei criticas d'Arthur Eddington e una controvèrsa a prepaus de la talha maximala d'aqueu tipe d'estèlas. Se sap a l'ora d'ara que l'afondrament d'una naneta blanca s'acabèt per una supernova de tipe Ia e non per la formacion d'un trauc negre. En revènge, lo rasonament de Chandrasekhar permet d'explicar la formacion d'un pulsar, objècte desconegut dei scientifics durant leis annadas 1920.

L'existéncia dei pulsars, o estèlas de neutrons, foguèt prevista pendent leis annadas 1930 per Fritz Zwicky. Robert Oppenheimer e Hartland Snyder calculèron alora la massa maximala en delà d'aquela, lei pulsars deguèsson s'afondrar sota l'efèct de la gravitacion desvolopant donc tornarmai l'idèa de trauc negre. Dins aquò, lo movement conoguèt un aplant provisòri a la seguida d'un article d'Albert Einstein publicat en 1939 mostrant l'absència de sens fisic dei « singularitats de Schwarzschild ». En causa de l'influéncia de son autor e de la guèrra, leis arguments presentats dins l'article serán solament refutats dins leis annadas 1960 durant un periòde que va veire l'acceptacion de l'existéncia dei traucs negres e la mesa en forma dei teorias regardant lo subjècte.

La mesa en forma de la teoria e son acceptacion

Retrach de John Wheeler (1911-2008) que foguèt l'inventor dau tèrme « trauc negre » en 1967.

Après 1945, lo concèpte de trauc negre foguèt tornarmai estudiat a partir deis annadas 1960. Pasmens, au contrari deis annadas 1920, la generacion novèla d'astrofisicians considerava plus necessàriament lo concèpte coma solament teoric dempuei la descubèrta dei premiereis estèlas de neutrons a partir de 1967. De mai, leis arguments de l'article d'Einstein foguèron refutats per un ensems de trabalhs sus lei singularitats, especialament aquelei de Stephen Hawking e de Roger Penrose. Lei traucs negres venguèron pauc a pauc d'objèctes astronomics vertadiers e lo tèrme foguèt creat en 1967 per John Wheeler. La descubèrta en 1971 dau sistèma X Cygnus X-1 acabèt aquela evolucion e prepausèt lo premier candidat a l'estatut de trauc negre.

Dempuei la fin dau sègle XX, leis observacions de sistèmas astrofisicas considerats coma de traucs negres son mai e mai nombrosas e divèrsei classas de traucs negres son definidas segon la talha o l'origina de l'objècte. Enfin, venguèron un objècte major d'estudis per lo desvolopament o la confirmacion de modèls de descripcion de l'Univèrs.

Proprietats e estructura

Lo teorèma de calvicia mostra qu'après sa formacion un trauc negre a solament tres proprietats fisicas independentas que son sa massa, sa carga e son moment angular. Aquelei proprietats son especialas car se pòdon mesurar dempuei l'exterior d'un trauc negre. Per exemple, un trauc negre cargat va replegar o atirar una carga d'un biais similar a un objècte ordinari tenent una carga similara. En revènge, lo rèsta dei proprietats de la matèria composant un trauc negre es desconegut après son intrada dins l'orizont deis eveniments. L'estructura d'un trauc negre es donc mau conegut e devesida entre tres o cinc zònas principalas, mai o mens teoricas, que son :

• la singularitat qu'es lo ponch dau trauc negre onte la gravitat devèn infinida.
• l'orizont deis eveniments qu'es lo limit entre l'univèrs conegut e lo trauc negre espereu.
• l'esfèra de fotons qu'es una zòna onte la gravitat es tant granda que lei fotons orbitan a l'entorn dau trauc negre.
• l'ergosfèra qu'es una zòna onte la gravitat d'un trauc negre en rotacion es capabla d'entraïnar dins son movement l'espaci e la matèria dins son movement.
• un disc d'acrecion en rotacion a l'entorn dau trauc negre format per la matèria atirada vèrs la singularitat

Proprietats fisicas e classificacion dei traucs negres

Un trauc negre tèn donc tres paramètres observables que son sa massa M, sa carga electrica Q e son moment angular J. Existís una inequacion, exprimida en unitats de Planck, que permet de definir l'ensems teoric dei valors possiblas per la carga electrica e lo moment angular en foncion de la massa :

$Q^{2}+\left({\tfrac {J}{M}}\right)^{2}\leq M^{2}\,$

Coma la massa es necessariàment positiva, se pòu definir una premiera classificacion formada per quatre familhas de traucs negres teorics segon lei valors adoptadas per lei dos autrei paramètres :

• Q = 0 e J = 0, trauc negre de Schwarzschild.
• Q = 0 e J ≠ 0, trauc negre de Kerr.
• Q ≠ 0 e J = 0, trauc negre de Reissner-Nordström.
• Q ≠ 0 e J ≠ 0, trauc negre de Kerr-Newman.

Pasmens a l'ora d'ara, se conois ges de mecanismes permetent de formar un objècte compacte tenent una carga siginicativa. Lei grops de Reissner-Nordström e de Kerr-Newman son donc considerats coma teorics e non fisics. Lei modèls possibles son donc aquelei de Kerr e de Schwarzschild. Lo premier es lo pus important car la matèria atirada per lo trauc negre dèu formar un disc d'acumulacion en rotacion. Va donc comunicar un movement au trauc negre que va intrar tanben en rotacion. Lo modèl de Kerr es donc lo tipe unic de trauc negre que leis astronòms pensan descubrir. Pasmens, se considera possible de trobar de trauc negre amb un movement de rotacion fòrça feble que serán pròche dau modèl de Schwarzschild.

Per leis astronòms, se desvolopa una segonda classificacion basada sus leis observacions e la massa M dau trauc negre, sensa considerar lo moment angular J o la carga electrica Q. Aquò permet de calcular lo rai de l'orizont deis eveniments, dich rai de Schwarzschild r_sh, segon lei relacions :

$r_{\mathrm {sh} }={\frac {2GM}{c^{2}}}\approx 2.95\,{\frac {M}{M_{\mathrm {Sun} }}}~\mathrm {km,}$

Quatre classas de trauc negre son alora definidas :

• lei traucs negres supermassís amb una massa situada entre 10⁵ e 10⁹ massas solaras e un rai de Schwarzschild situat entre 0,001 e 10 UA. Son generalament situats au centre dei galaxias.
• lei traucs negres intermediaris amb una massa d'aperaquí 10³ massas solaras e un rai de Schwarzschild d'aperaquí lo rai terrèstre. Aquela populacion de traucs negres es fòrça mau coneguda. D'objèctes d'aquela classa semblan formar lo centre de certaneis amàs globulars coma M15.
• lei traucs negres estelars amb una massa d'aperaquí 10 massas solaras e un rai de Schwarzschild d'aperaquí un trentenau de quilomètres. Son de traucs negres que se forman après l'afondrament d'una estèla en fin de vida.
• lei micro traucs negres, o traucs negres primordiaus, amb una massa inferiora a aquela de la Luna e un rai de Schwarzschild inferior a un millimètre. Lei micro traucs negres an una durada de vida fòrça limitada en causa de fenomèns d'evaporacion fòrça rapides. Lei traucs negres primordiaus son una classa de traucs negres formats au començament de l'Univèrs.

Orizont deis eveniments

Article detalhat: Orizont deis eveniments.

Representacion d'artista d'un trauc negre.

La formacion d'un orizont deis eveniments es una caracteristica de l'aparicion d'un trauc negre. Sa forma es esferica per un trauc negre que serà pas en rotacion e quasi esferica per un trauc negre en rotacion. Sa talha es definida per lo rai de Schwarzschild. Es un limit de l'espaci temps que permet solament lo passatge de la matèria o d'un raionament vèrs lo trauc negre. Un còp l'orizont deis eveniments passat, pòu solament se dirigir mai e mai vèrs lo centre dau trauc negre e ren pòu ne'n sortir. En causa d'aquela proprietat, lo rai de l'orizont deis eveniments es de còps definit coma lo rai dau trauc negre.

Coma tot objècte qu'intra dins lo trauc negre aumenta la massa d'aqueu darrier, lo rai de l'orizont aumenta tanben pauc a pauc dins lo corrent de la creissança dau trauc negre. Pasmens, la matèria situada entre l'orizont es pas immediatament absorbida per la superficia dau trauc negre e es donc totjorn somesa ai lèis de la mecanica quantica. Ansin, lo fisician Stephen Hawking a demostrat que l'orizont deis eveniments pòu tanben èstre lo sèti de mecanismes de creacion de parèus particula/antiparticula que van entraïnar pauc a pauc una pèrda de massa dau trauc negre puei son evaporacion.

Singularitat

Article detalhat: Singularitat gravitacionala.

Lo centre dau trauc negre es definit per la relativitat generala coma una singularitat gravitacionala, es a dire una region de l'espaci temps que sa corba es infinida. Per una trauc negre pas en rotacion, serà un ponch e per un trauc negre en rotacion, serà un anèu situat au centre e dins lo plan de rotacion. Dins lei dos cas, la singularitat tèn un volume nul e assosta tota la massa dau trauc negre. Sa densitat es donc logicament infinida.

En causa de sa posicion au centre de l'orizont deis eveniments, la singularitat pòu pas èstre observada. De mai, l'existéncia dei singularitats es generalament considerada coma la demonstracion dei limits dei teorias scientificas actualas per descriure l'Univèrs. S'espera qu'una teoria unificada entre la relativitat generala e la mecanica quantica serà capabla d'eliminar aquelei singularitats.

Pasmens, la manca actuala a pas empachat certanei scientifics d'estudiar l'evolucion d'un objècte intrant dins un trauc negre. Ansin, dins un trauc negre que serà pas en rotacion, un còrs serà estraçat per lei fòrças de marèa causadas per la gravitacion granda dau luòc. Puei, va agantar la singularitat onte serà esquichat e sa massa serà aponduda a aquela dau trauc negre. En revènge, dins un trauc negre en rotacion, serà possible de defugir la singularitat. Lei solucions matematicas possiblas mostran alora divèrsei possibilitats coma aquela de quitar lo trauc negre vèrs un espaci temps diferent. Pasmens, aquelei solucions son fòrça inestablas e son donc consideradas coma solament teoricas.

Esfèra de fotons

Article detalhat: Esfèra de fotons.

L'esfèra de fotons es la region onte lei fotons atirats per la gravitat dau trauc negre son en orbita a l'entorn d'aqueu darrier. Per un trauc negre de massa M, tèn una forma esferica que son rai es definit per :

$r={\frac {3GM}{c^{2}}}$

Leis orbitas d'aquelei fotons son fòrça inestablas. Ansin, una perturbacion menora pòu modificar sei trajectòrias e permetre la liberacion d'un foton o sa casuda vèrs l'orizont deis eveniments. L'origina dei fotons de l'esfèra pòu èstre la captura de rais electromagnetics per la gravitat o la produccion locala per la matèria caufada durant sa casuda.

L'existéncia d'una esfèra de fotons es pas una caracteristica especifica dei traucs negres. D'autrei còrs massís e pichons, coma d'estèlas de neutrons, son tanben capables de presentar aqueu fenomèn.

Ergosfèra

Article detalhat: Ergosfèra.

Esquema de l'ergosfèra d'un trauc negre a respèct de l'orizont deis eveniments.

L'ergosfèra es una region de l'espaci temps de forma ellipsoïdala situada a l'entorn de l'orizont deis eveniments d'un trauc negre en rotacion. Se definís coma una zòna de l'espaci temps qu'intra en movement dins lo sens de rotacion dau trauc negre en causa de l'importància de sa gravitat. Pròche de l'orizont, aquela fòrça pòu venir tant importanta qu'un objècte podriá pas se desplaçar dins lo sens opausat sensa passar la velocitat de la lutz. Lei còrs e lo raionament pòdon s'escapar de l'ergosfèra normalament. Dins aquò, en causa de l'efèct entraïnat per la rotacion dau trauc negre, pòdon aver a la sortida una energia pus importanta qu'a l'intrada. Aquela energia es presa au moment angular dau trauc negre causant donc una demenicion de sa velocitat de rotacion.

Disc d'acrecion

Article detalhat: Disc d'acrecion.

Representacion d'artista dau disc d'acrecion (en blau) d'un trauc negre absorbent la matèria d'una estèla.

Un disc d'acrecion es una estructura formada per la matèria en orbita a l'entorn dau trauc negre e atirada vèrs l'orizont deis eveniments. Aquela formacion es pas tipica d'un trauc negre car d'autrei còrs coma una naneta blanca o una estèla en formacion pòdon lo presentar. En causa dei constrenchas gravitacionalas presentas dins leis environs d'un trauc negre, la temperatura dau disc es fòrça importanta e la matèria formant lo disc va emetre de raionaments X o gamma fòrça importants.

Formacion e evolucion

Mecanismes de formacion

Lei mecanismes de formacion dei traucs negres son encara mau coneguts per lei scientifics. Per lei traucs negres « astronomics », d'afondraments gravitacionaus e de procediments de fusion permeton d'explicar la formacion d'aquelei còrs. Pasmens, de recèrcas recentas an mostrat la possibilitat d'existéncia de mecanismes de formacion exotics coma la collision d'energia auta entre doas particulas. Un còp format, un trauc negre va aumentar sa talha per l'absorcion de matèria e podriá s'evaporar per l'emission d'un raionament d'origina quantica. Dich raionament Hawking, aqueu darrier es capable d'entraïnar l'evaporacion, e donc la disparicion totala, dau trauc negre.

Afondraments gravitacionaus

Mecanisme de formacion d'un trauc negre estellar a partir d'una estèla giganta.

Per l'astrofisica, un trauc negre se pòu considerar coma l'estadi ultime d'un afondrament gravitacionau. Dos estadis de compacitat de la matèria lo precedisson dins lei nanetas blancas e leis estèlas de neutrons. Dins lo premier cas, es la pression de degeneracion deis electrons que permet d'assegurar l'equilibri de l'estèla. Dins lo segond, es l'interaccion fòrta que lo permet. La formacion d'un trauc negre se debana quand la fòrça de gravitat es pron granda per despassar l'efèct de la pression. Aquò a luòc quand la massa de l'estèla d'origina despassa una massa critica. Dins aqueu cas, i a plus de fòrça coneguda que sigue capabla d'assegurar l'equilibri e lo centre de l'estèla va totalament s'afondrar.

Pasmens, en fòra de la fin de vida d'una estèla pron massiva, d'autrei cas teorics son egalament capables de causar un afondrament gravitacionau. D'efèct, se pòu imaginar de mecanismes de fusion d'estèlas de neutrons o d'acrecion de matèria per una estèla de neutrons unica. Coma aquelei còrs tènon ja una massa importanta compactada dins un espaci feble, se pensa qu'un apondon de matèria pòu permetre de despassar la massa critica e entraïnar l'afondrament gravitacionau. Dins aquò, maugrat la possibilitat teorica, aquelei cas devòn èstre fòrça rars.

Collision d'energia auta

Imatge simulada d'una collision entre doas particulas dins un accelerator.

En teoria, la collision entre doas particulas d'energia auta es egalament capabla de formar un compausat amb una densitat pron importanta per formar un micro trauc negre. Seriá lo cas dins d'accelerators de particulas onte se debanan de collisions entre particulas que tènon una velocitat pròcha d'aquela de la lutz. Totei lei luòcs onte se debanan de collision entre particulas d'energia auta, coma l'atmosfèra terrèstra per exemple, podrián tanben assostar lo fenomèn. Pasmens, au començament dau sègle XXI, aqueu fenomèn foguèt pas encara observat e aqueu mecanisme de formacion es donc totjorn ipotetic.

Creissença

Un còp format, un trauc negre pòu contuniar de créisser gràcias a l'absorcion de matèria o de raionament suplementaris. Dos fònts principalas semblan existir. La premiera es formada per lo gas o la poussa interestelars e lo raionament galactic. Aquò sembla èstre la fònt principala de massa de la màger part dei traucs negres, compres lei traucs negres supermassís. La segonda permet d'explicar la formacion dei traucs negres pus importants gràcias a la possibilitat de fusionar amb un autre objècte astronomic coma una estèla, una estèla de neutrons o meme un autre trauc negre. Fòrça rar, aqueu darrier procediment de fusion permetriá d'accelerar rapidàment la créissança d'un trauc negre e permetriá de descriure la formacion dei traucs negres supermassís au començament de l'Univèrs.

Evaporacion

En 1974, Hawking a mostrat, en teoria, que lei traucs negres son pas totalament negres e que pòdon emetre de particulas. Ansin, sensa apodon de matèria o de raionament sufisent, un trauc negre podriá s'evaporar pauc a pauc en causa de l'emission d'aquelei particulas. Dins leis annadas seguentas, aqueu resultat foguèt confirmat per d'aprochas diferentas e lo raionament emés per un trauc negre foguèt dich raionament Hawking. D'origina quantica, l'intensitat d'aqueu raionament seriá d'aitant mai febla que la massa au trauc negre es importanta. La consequéncia es que la durada de vida d'un trauc negre seriá donc d'aitant mai granda que sa massa seriá granda.

A l'ora d'ara, aquela teoria es pas confirmada en causa de la dificultat de detectar de traucs negres dins l'Univèrs. Pasmens, gràcias au desvolopament d'accelerators de particulas pus poderós, seriá possible de crear de micro traucs negres. En causa de lor massa limitada, lo fenomèn d'evaporacion devriá entraïnar lor disparicion au bot de quauquei desenaus de segondas.

Observacions

En causa de l'absència de raionament important emés per lei traucs negres e dau diamètre feble d'un orizont deis evenimets, l'observacion dirècta d'aquelei còrs es fòrça malaisada. En consequéncia, l'observacion dei traucs negres dèu se concentrar sus lei signes indirècts marcant la preséncia d'un objècte d'aqueu tipe dins leis environs. Sovent, divèrsei signes diferents pòdon s'observar a l'entorn d'un trauc negre.

Indicis principaus de preséncia d'un trauc negre

Acrecion de matèria e raionament X

En causa de la conservacion dau moment angular, lo gas e la poussa que son atirats per la gravitat dau trauc negre forman un disc a l'entorn de l'orizont deis eveniments. A l'interior d'aqueu disc, lei fòrças de friccion van entraïnar una aumentacion fòrta de la temperatura e lo gas present dins lo disc va alora emetre de raionaments X que pòdon èstre detectats per de telescòpis especializats. Generalament, lei discs d'acrecion son acompanhats de giscles de matèria de lòng de l'axe de rotacion.

La deteccion d'un raionament X es donc un mejan fòrça utilizat per detectar la preséncia d'un trauc negre. Pasmens, coma de còrs coma una naneta blanca o una estèla de neutrons son tanben capablas de formar aquela estructura, aqueu metòde dèu èstre completat per lo calcul de la massa de l'objècte a l'origina dau raionament.

Giscles de matèria

Certanei traucs negres, coma aquelei situats au centre dei galaxias, serián capables de produrre de giscles de matèrias fòrça importants de lòng de lor axe de rotacion. La deteccion d'aquelei giscles pòu en teoria permetre de trobar lo trauc negre a l'origina de son emission.

Efècts d'una gravitat importanta

Efèct de lentilha gravitacionala causat per un quasar.

Un autre metòde per detectar la preséncia d'un trauc negre es de recercar dirèctament leis efècts de sa gravitat sus son environament. Lo principau es l'efèct de lentilha gravitacionala. Aquò es causat per la deviacion dei rais electromagnetics en causa de la deformacion de l'espaci temps. Aquel efèct es observat per de galaxias alunchadas. Pasmens, foguèt pas encara observat per de traucs negres. Un segond efèct seriá la manifestacion d'ondas gravitacionalas. Aquel efèct foguèt ja detectat d'un biais indirèct sus un sistèma binari de pulsars mai jamai sus un trauc negre. Enfin, un tresen efèct de la gravitat es l'escart vèrs lo roge dei rais luminós. Aqueu metòde es tanben basat sus la deformacion de l'espaci temps causat per la gravitat dau trauc negre e es fòrça eficaça dins certanei cas coma lei sistèmas binaris.

Luòcs de recèrca

Sistèmas binaris

Sistèmas binaris X

Representacion d'artista dau sistèma binari X Cygnus X-1.

Lei sistèmas binaris X son un cas especiau d'acrecion de matèria e de raionament X. Es format per un sistèma de dos còrs que son generalament una estèla e un objècte invisible. L'ensems es una fònt importanta de raionament X indicant la preséncia d'un disc d'acrecion format de matèria venent de l'estèla vèrs lo còrs invisible. La mesura dau periòde de rotacion de l'estèla permet alora de determinar la massa de son companhon invisible. Se sa massa es granda, es alora considerat coma un trauc negre. Lo premier trauc negre descubèrt en 1971, Cygnus X-1, foguèt trobat dins un sistèma d'aqueu tipe. Es compausat d'una estèla supergiganta d'una massa estimada entre 20 e 30 massas solaras e d'un trauc negre d'una massa estimada entre 7 e 13 massas solaras. La gravitat dau trauc negre es capable d'atirar de gas de la superficia de l'estèla que va formar un disc d'acrecion.

Escart vèrs lo roge

Efèct de l'orizont deis eveniments sus un rai de lutz blava : la dilatacion temporala aumenta la longor d'onda e entraïna un escart vèrs lo roge.

L'estudi de l'escart vèrs lo roge d'un sistèma binari permet tanben de detectar la preséncia d'un trauc negre per l'influéncia de sa gravitat sus lei rais electromagnetics emes per son companhon. La preséncia d'un objècte massís e pichon (naneta blanca, estèla de neutrons, trauc negre...) va se manifestar per una oscillacion periodic de l'espectre de l'estèla dau blau au roge. Per caracterizar alora la preséncia d'un trauc negre, la mesura se completa per lo calcul de la massa dei membres dau sistèma.

Nuclèu galactic

Fotografia presa per lo telescòpi Hubble d'un giscle de matèria emes per la galaxia activa M87.

Coma es generalament considerat d'ara endavant que lo centre dei galaxias assoste un trauc negre supermassís, l'observacion dei nuclèus galactics es donc un biais aisat per estudiar lei traucs negres. En particular, existís de classas de galaxias que tènon un nuclèu actiu, coma lei quasars, que son activitat seriá causada per la preséncia d'un disc d'acrecion gigant e de giscles de lòng de l'axe de rotacion dau trauc negre. De modèls son en cors d'estudi per descriure lo foncionament d'aquelei traucs negres. D'autra part, dempuei quauqueis annadas, se desvolopada l'estudi dau centre de la Via Lactèa que tendriá un trauc negre que sa massa es estimada entre 2,6 e 4,3 milions de massas solaras. Lo metòde principau es l'estudi dau movement deis estèlas pròchas dau centre de la galaxia e l'observacion dei fònts X de la region. L'estudi dau centre dei galaxias, activas o non, permet de desvolopar de modèls teorics sus la formacion dei galaxias e de l'Univèrs.

Questions dubèrtas

En causa dei limits dei teorias actualas per descriure lei traucs negres, aqueleis objèctes son lo subjècte de divèrsei controvèrsias scientificas que devesisson leis astrofisicians e lei teorians. Lei principalas regardan d'un caire l'entropia e la termodinamica d'un trauc negre e d'autre caire lo paradòxa de la pèrda d'informacion de matèria e de raionament intrats dins l'orizont deis eveniments.

Entropia e termodinamica

La possibilitat d'associar una valor d'entropia a un trauc negre apareguèt entre leis annadas 1960 e 1970. D'efèct, aperavans, de consideracions classicas donavan una valor d'entropia nulla per lei traucs negres. Òr, aquò èra en oposicion ambé la segonda lèi de la termodinamica disent que l'entropia de l'Univèrs pòsque pas demenir. Ansin, foguèt prepausat l'idèa qu'un trauc negre deguèsse aver una entropia proporcionala a la superficia de son orizont deis eveniments. Lei recèrcas d'Hawking sus la superficia de l'orizont deis eveniments e sa prediccion dau raionament que tèn son nom an per la seguida renfòrçat lo desvolopament d'una termodinamica dei traucs negres. De lèis termodinamics espefics ai traucs negres mai analògas ai lèis de la termodinamica classica foguèron donc prepausadas.

Pasmens, maugrat aquelei progrès, es malaisat de definir una interpretacion fisica de l'entropia dei traucs negres. En termodinamica classica, l'entropia es una mesura dau nombre d'estats que pòu tenir l'estructura microscopica d'un sistèma qu'es caracterizat per de paramètres macroscopics (volume, pression, temperatura...). Dins lo cas d'un trauc negre, la comprenença d'aquelei paramètres es malaisada e se supausa qu'aqueleis estats pòscan èstre depintats dins lo quadre d'una teoria de la gravitacion quantica.

Paradòxa de la pèrda d'informacion

Segon lo teorèma de calvicia, un trauc negre es caracterizat per solament tres paramètres que son sa massa, sa carga electrica e son moment angular. Òr, a l'origina d'un trauc negre, i a generalament una massa de matèria (sovent una estèla) que tèn un nombre grand d'informacions complèxas. La transformacion d'aquela massa en trauc negre entraïna l'emission d'un nombre important de fotons o d'ondas gravitacionalas. La situacion es identica quand lo trauc negre ja format captura de matèria o de raionament de son environament pròche. Pasmens, aqueleis emissions son pas sufisentas per descriure lei caracteristicas d'originas dau còrs o deis elements absorbits per lo trauc negre.

Avans la prediccion dau raionament Hawning, aquò èra pas un problema vertadier car lei traucs èran supausats eternaus e l'informacion deviá donc èstre logicament conservada dins lo trauc negre. Pasmens, l'existéncia possibla d'un raionament termic cambia aquela situacion car aqueu flux d'energia es totalament aleatòri e desordonat entraïnant donc una pèrda de l'informacion dins lo corrent dau procediment d'evaporacion dau trauc negre. Aquela conclusion es en violacion de divèrsei principis fondamentaus de la fisica actuala.

Bibliografia

•  {{{títol}}}. Addison Wesley. ISBN 0-8053-8732-3. 
•  {{{títol}}}. Bantam Books. ISBN 0-553-38016-8.