Les Trous Noirs

BOURGADE Alexis 

COLON Nathan 

1 ère S1 2017/2018 

LES TROUS NOIRS 

Lycée Simone WEIL 

Le Puy-en-Velay 

Les Trous Noirs (TPE) Alexis BOURGADE, Nathan COLON Page 1 sur 14

Ce travail est accompagné d’une animation vidéo 

entièrement réalisée par nos soins. 

https://goo.gl/EEUG1a 


SOMMAIRE 

Introduction 

« 

Un trou noir est un objet céleste, invisible, et compact, encore très 

mal compris […] 

Problématique 

« 

» 

Comment le trou noir Sagittarius A* affecte-t-il la matière ? Y a- 

t-il à cela des répercutions sur la Terre ? 

I. Création et évaporation 

1. | La création d'un trou noir 

2.| Les suites éventuelles 

» 

II. Sagittarius A* - Le trou noir de notre galaxie 

1. | Ces effets sur la matière 

2.| Un danger pour la Terre 

Conclusion 



Introduction 

Les trous noirs sont des objets célestes, invisibles et 

compacts, encore très mal compris. Comme Sagittarius A*, que 

nous prendrons comme exemple, ils empêchent toutes formes 

de matière ou de rayonnements connu de s'en échapper. Ne 

diffusant aucune lumière, ils sont donc « noir », ce qui revient à 

dire qu'ils sont invisibles en astronomie. 

Grâce à la relativité générale, nous savons qu'un trou noir 

est une singularité occultée par un horizon absolu. Mais d'après 

Stephen Hawking, on peut supposer que les trous noirs sont 

susceptibles de s'évaporer en s'appuyant sur la physique 

quantique. Ce qui nous aidera pour répondre à notre 

problématique. 

Problématique 

Comment le trou noir Sagittarius A* affecte-t-il la matière ? Y 

a-t-il à cela des répercutions sur la Terre ? 


I. Création et évaporation 

1. | La création d'un trou noir 

► Fig. 1 : Possibilité de création d'un 

trou noir 

Un trou noir peut être créé par l'effondrement d'une 

étoile massive due à sa force gravitationnelle trop importante, 

ou par la fusion de deux étoiles à neutrons. 

Dans le cas où c'est une étoile massive, elle doit avoir une 

masse minimale de quarante masses solaires pour qu'un trou 

noir se forme. Pendant son effondrement, l'étoile voit sa masse 

solaire diminuer en passant de quarante à trois, le reste étant 

convertit en énergie sous forme de rayon. À ce moment l'étoile 

provoque une supernova voire, pour les plus énergétique une 

hypernova. De plus en se condensant, la densité du trou noir 

formé devient tellement importante que toute la matière 

s'approchant trop près de celui-ci est attirée. 

Dans le cas où ces deux étoiles à neutrons, ces étoiles sont 

appelées « un couple serré d'étoiles à neutrons ». Ces deux 

étoiles tournent l'un autour de l'autre à une vitesse extrêmement rapide de l'ordre du tiers de la vitesse 

de la lumière dans le vide aboutissant à une coalescence des deux étoiles formant un trou noir stellaire. 

Au moment où le trou noir se forme, nous pouvons apercevoir une expulsion d'énergie pure due à 

l'effondrement d'une étoile ou d'une collision de deux étoiles à neutrons. Comme vu si dessus, ces 

expulsions sont nommées « Sursaut gamma » et sont perpendiculaire au disque d'accrétion, cette énergie 

est équivalente à l'énergie de 100 milliards d'étoiles. Nous pouvons aussi apercevoir un disque d'accrétion 

se situant autour des trous noirs. Les disques d'accrétions sont constitués de gaz surchauffé et quelque 

fois de poussières en orbite autour de celui-ci que ce soit un trou noir stellaire ou supermassif, et ils sont 

visibles sur beaucoup d'autres astres dans l'univers. 

De plus la force gravitationnelle d'un trou noir est si élevé qu'elle provoque une distorsion de l'espacetemps 

ce qui empêche la matière de sortir de ce gouffre sans fin, et va dévier tous les rayonnements. 


2. | Leurs suites éventuelles 

L'évaporation des trous noirs est une théorie de 

l'astrophysicien Stephen Hawking qui cherchait à démontrer qu'à 

partir d'un certain stade, les trous noirs finiront par « s'évaporer ». 

S. Hawking démontre que les trous noirs peuvent aidés au 

processus de formation des photons, en absorbant de la matière. 

Cette matière étant composée d’électrons, de noyaux ; supposant 

qu'un électron virtuel et son antiparticule s'approche trop près 

d'un trou noir, l'électron sera très vite absorbé par celui-ci mais 

que son antiparticule réussisse à s'en échapper. Dans le cas 

présent l’antiélectron qui aura abandonné son partenaire qui était 

avec lui, celui-ci devra donc errer pendant un temps indéfini pour 

retrouver un nouvel électron avec qui il se liera. Ces deux 

particules formeront des photons qui une fois proche du trou noir, 

absorberont une faible quantité d'énergie grâce à la gravitation 

de celui-ci, et qui finit par se traduire par une diminution de la 

masse, d'où le terme « évaporation » utilisé par S. Hawking. 

De plus, on peut retenir que cette évaporation s’accompagne 

d'émission de photons, donc des rayonnements électromagnétiques. S. Hawking utilise comme exemple 

un résidu stellaire d'une masse solaire. Celui-ci a une température d'environ 60 milliardièmes du degrés 

zéro absolu soit environ une température de -273,149°C. Cette température est inversement 

proportionnelle à la masse de celle-ci. Donc plus les trous noirs deviennent massifs, plus ils deviennent 

froids. Cette température est un acteur majeur sur l'évaporation d'après S. Hawking, car seul une 

différence de température, d'un corps chaud dans un milieu froid, peut provoquer une évaporation. Or, 

même si les trous noirs étaient complètement isolés dans le vide intergalactique, les trous noirs actuels 

seraient encore plongés dans le rayonnement fossile ce qui inhibe cette évaporation. C'est la raison pour 

laquelle aucun potentiel trou noir stellaire ou supermassif n'a pu s'évaporer à l'heure actuelle, car il faudrait 

que l'un d'entre eux atteigne une température supérieure à 2,7K soit -270,45°C ; ou alors que le 

rayonnement fossile qui les entoures perde une grande majorité de sa chaleur, pour désinhiber ce 

processus d'évaporation. Les premiers trous noirs devront voir ce processus d'ici cent milliard de milliard 

d'années pour les trous noirs stellaire ainsi que pour les résidus, pour les plus gros d'entre eux cela s’estime 

en milliards de milliard de milliards de milliards d'années. 

► Fig. 2 : Stephen Hawking, 

explorateur des trous noirs et du Big 

Bang, dans les années 1980. 

Mais bien qu’extrêmement lent, ce processus d'évaporation ne durera pas éternellement. Avec le temps, 

la masse diminue et la température augmente, donc le taux d'évaporation s’accentuera en prime. Quand 

la masse commence à devenir très faible, la température d'un trou noir augmente plus rapidement et 


l'évaporation atteint une vitesse foudroyante. Le processus se termine par une explosion extrêmement 

énergétique qui marquera la mort du trou noir. La durée totale du phénomène d'évaporation est 

déterminée par la masse du trou noir. Donc on peut déterminer que, plus un trou noir est massif, plus sa 

température sera basse et la vitesse d'évaporation sera lente. La durée de vie est estimée, pour les trous 

noirs stellaires à 10 65 ans, les trous noirs supermassifs à 10 90 ans et les trous noirs les plus massifs dans 10 100 

ans. 

II. Sagittarius A*, le trou noir de notre galaxie 

► Fig. 3 : Sagittarius A* 

Sagittarius A* est un trou noir 

supermassif qui se situe au centre de notre 

galaxie, la Voie Lactée. Ce trou noir a une 

masse de quelques millions de masses 

solaires, plus précisément 4 millions, qui 

aurait été créé il y a 13 milliards d'années 

soit 900 millions d'années après le Big Bang. 

1. | Ces effets sur la matière 

Sagittarius A* est le trou noir au centre de notre galaxie ; la Voie Lactée, à l'échelle spatial, 

Sagittarius A* ce trouve à 26 000 Années-Lumière de la Terre. Il déplace donc toute la matière de notre 

galaxie dans un mouvement uniforme. Ainsi tout ce qui compose la Voie Lactée est attiré par celui-ci, 

aussi bien les particules comme les poussières en passant par les météores jusqu'aux planètes et aux 

étoiles. Toute la matière à donc principalement une utilité pour ce mastodonte de l'espace, lui servir de 

garde mangé. 

Cependant, comment la matière est-elle attirée par Sagittarius A* ? 


Comme dit précédemment, Sagittarius A* a une masse d'environ 4 millions de masses solaires, ce qui a 

une grande importance sur son attractivité. En effet, plus un objet est massif, plus son rayon d'attraction 

est immense et colossal. On pourra donc se poser la question 

suivante : Comment cela fonctionne-t-il ? On peut expliquer ce 

fonctionnement grâce à la relativité générale. Cette théorie 

relativiste de la gravitation prédit des effets absents de la théorie 

newtonienne, comme l'expansion de l'univers, les ondes 

gravitationnelles et ce qui, ici, nous intéresse, les trous noirs. 

Développée par Albert Einstein, cette relativité montre que le 

mouvement d'un corps n'est pas déterminé par des forces 

comme le prétendais Newton, mais par la configuration de 

l'espace-temps. C'est donc une perturbation de l'espace-temps 

introduite par la masse d'un corps céleste, comme Sagittarius A* 

est donc à l'origine de ce mouvement qui l'entoure. 

Notre système solaire est lui aussi régit par cette loi, le soleil pèse 

environ deux milliards de milliards de milliards de tonnes, et son ► Fig. 4 : Albert EINSTEIN 

rayon est d'environ 700 000 km. Pour que celui-ci devienne un 

trou noir, il faudrait que cette masse soit contenu dans un diamètre inférieur à 6km et rien ne pourrait 

s'en échapper à moins de 3 km. Donc si notre soleil se transformait en trou noir, on serait certes plongé 

dans une nuit sans fin avec une température glaciale sur Terre variant entre 2 et 10 kelvin, soit une 

température allant de -271,15°C à -261,15°C, mais l'orbite des planètes de notre système solaire resteront 

identique à celle d'aujourd'hui. Ainsi, on peut conclure que Sagittarius A* et la Voie Lactée ont un 

fonctionnement similaire à celui de notre système solaire. 

Sauf qu'à la différence de notre Soleil, Sagittarius A* est un trou noir, et par conséquence, il attire la 

matière qui se trouve trop proche de celui-ci. Mais que devient-elle, cette matière ? 

Prenons l'exemple suivant : Imaginons ce qui se passerait si quelqu'un était attiré dans un trou noir. Tout 

d'abord, on imagine un trou noir sans disque d'accrétion comme vu précédemment qui mettrait vite fin 

à son expédition. En premier lieu, il franchirait l'horizon du trou noir, une zone immatérielle accompagné 

d'un point de non-retour autrement appelé « rayon de Schwarzschild » duquel on ne peut s'en échapper, 

en le traversant, il ne ressentira rien, cette zone n'étant pas visible, il la traverserait sans s'en rendre compte. 

Mais une fois cette zone passée, une fin tragique l'attend : une « longue » chute l'attendra, vers le centre 

du trou noir, longue pour le spectateur, de plusieurs millions d'années mais pour lui, cela durerait 

seulement quelque minute car le centre de Sagittarius A* est estimé à 11 millions de kilomètres de son 

horizon, cette distance paraît immense sauf qu'après avoir franchis le rayon de Schwarz Schild, il 

s'approchera du centre de Sagittarius A*, plus sa vitesse va augmenter. Sauf que cette vitesse d'approche 

s'accélérera finissant par être équivaux à la vitesse de la lumière ; et où la gravité sera tellement forte que 


les bras de son corps descendront plus vite que sa tête, ce qui va provoquer l'élongation de tout son 

corps, aussi appelée la « spaghettification » ou l'effet de nouille, effet remarquable sur Terre avec le 

mouvement des marrées à cause de la Lune. 

Il finira par s'étirer de plus en plus avant de finir disloquer en particule élémentaire car, bien qu'un trou 

noir soit un objet exceptionnel, seul trois paramètres le caractérise : sa masse, sa vitesse de rotation ainsi 

que sa charge électrique, ce qui veux dire qu'il est à la fois l'astre le plus complexe que l'on connaisse 

mais aussi l'astre le plus simple à décrire. 

Mais qu'en est-il de nos restes ? 

Si on regardait « tomber » depuis l’extérieur du 

trou noir, très vite, on finirait par voir la 

personne statique : cet effet de ralentissement 

n'est qu'une illusion due à la distorsion de 

l'espace-temps par la gravité du trou noir qui 

est composée de quatre dimensions : trois 

dimensions spatiales et une dimension 

temporelle. Cette illusion est la conséquence 

du franchissement de l'horizon des 

événements, car, comme la lumière est déviée, 

l'image nous paraît figé. 

Ainsi, comme le temps est distordus, pour lui, 

les siècles deviennent des heures puis des 

minutes et fini par devenir des secondes ; et 

► Fig. 5 : Gel temporel 

pour la personne à l’extérieur, le temps est 

désynchronisé. Mais attention à ne pas rester 

trop près du trou noir, car même sans avoir traversé l'horizon, la gravité nous affecte et l'on pourrait 

remarquer la désynchronisation avec le temps sur Terre. 

Ainsi, les trous noirs qui nous entourent sont capables de ralentir le temps de tous types de matières 

connues. 


2. | Un danger pour la Terre ? 

Tout d'abord, il est très, voire totalement improbable que Sagittarius A* provoque des catastrophes 

sur Terre, car en étant le trou noir au centre de la Voie Lactée, il se situe à environ 26 000 années-lumière. 

Ce qui fait que les observations d'aujourd'hui datent pour Sagittarius A* d'il y a 26 000 ans, or les deux 

trous noirs les plus proches connus sont A0620-00 se situant à 2 800 années-lumière de la Terre, et 

Cygnus X-1 étant à une distance de 6 000 années-lumière, tous deux appartenant à des sources X binaires, 

ayant aucun effet négatif sur la Terre. Tout cela étant bien sûr confirmé par Jean-Pierre Luminet. Donc 

pour qu'un trou noir est un impact catastrophique sur Terre, il faudrait tout d'abord qu'il soit à une distance 

assez proche de la Terre voire même du système solaire. 

Dans le cas où ce trou noir viendrai à naître près de la Terre et du système 

solaire, les sursauts gamma apparaissant à sa naissance, détruiraient la quasitotalité, 

voire l’entier-ter du système solaire, et pour la Terre, cela 

commencerai par la destruction de la couche d’ozone, la disparition de toutes 

les espèces vivantes sur Terre, ainsi que tous les végétaux, plus aucune espèce 

quel qu’elle soit ne résistera à une telle puissance ; car comme vu 

précédemment les sursauts gamma ont une puissance énergétique 

immensément grande. 

Mais si celui-ci venait à être un trou noir libre dans l'espace, seules les 

émissions de rayon X, infrarouge, radio etc.… pourraient avoir un effet 

destructeur pour la Terre. Si le trou noir entrait dans notre système solaire, 

il attirait toute la matière qui compose notre système en comprenant toutes 

les planètes, les astéroïdes, les gazes, etc... 

► Fig. 6 : Jean-Pierre 

Luminet, Directeur de 

recherche au CNRS, 

astrophysicien, écrivain et poète. 

Par conséquent cela signifie que le trou noir Sagittarius A* ne peut être un danger pour la Terre pour le 

moment, car certes il émet toutes sortes de rayonnements pouvant être très destructeur pour la Terre, 

mais la distance qui nous sépare de lui est tellement important que ces rayonnements n'ont presque, voire 

aucun effet sur notre Terre. 


Conclusion 

Comme nous l’avons vu durant tout notre dossier, 

Sagittarius A* se situe au centre de notre galaxie. Celui-ci étant 

un trou noir supermassif, il a donc une force gravitationnelle 

tellement importante, qu'il fait tourner tout autour de lui la 

galaxie. Pour toute la matière se trouvant trop proche de lui, 

elle sera attirée pour finir en particule élémentaire. De plus, on 

sait que Sagittarius A* comme les autres trous noirs, qu'ils soient 

stellaires ou bien supermassifs, émet des rayonnements de tous 

types ce qui à, par conséquence, un effet sur la Terre. Mais 

insuffisant pour l'endommager ou la détruire, car on sait qu'il 

se trouve à 26 000 années-lumière de nous. Suite à la 

découverte de ces astres invisibles, beaucoup d'hypothèses 

sont nées comme par exemple, la possibilité qu'un trou noir 

abrite un trou de ver permettant de se déplacer plus vite dans 

l'espace, voire, la possibilité de contenir un monde parallèle au 

notre. 


Remerciements 

Nous tenions à remercier tout d'abord Messieurs Capel et Gazet, professeurs respectivement de Physique- 

Chimie et de Science et Vie de la Terre, de nous avoir épaulé pour ce travail. 

Nous remercions sincèrement Jean-Pierre Luminet, Directeur de recherche au CNRS, qui nous a fournis 

des documents pour réaliser notre travail. 

Nous tenions finalement à remercier nos proches et nos camarades pour nous avoir soutenu dans ce 

projet. 

Sources 

Universalis Encyclopaedia 

Futura-sciences 

NASA 

Astronomes et Astronomie 

YouTube 

Centre Nationale de Recherche Scientifique

Les Trous Noirs

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