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Le moment énigmatique où l'univers est entré en expansion -le « mur de Planck »   peut être daté il y a 13,7 milliards d'années 

Avant      ? 
 

Les notions de temps et d'espace posent problème. Pour certains théoriciens, parler de l'origine de l'Univers, de l'instant 0, de singularité initiale ou gravitationnelle, est dépourvu de sens. Le mur de Planck est l'instant à partir duquel les modèles standards de la physique ne permettent plus de connaître ce qui précède 

En deçà du temps de Planck, la description de ce qu'est l'Univers ne relève plus de la physique ; ces phénomènes échappent à l'observation 
 

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Au centre du trou noir, la singularité est un point infinitésimal dans lequel se concentre toute la matière de l'étoile effondrée sur elle-même. Autour de la singularité, s'étend une région de l'espace. Rien n'échappe à sa gravité, pas même la lumière 
 

Le pourtour du trou noir. L'horizon des évènements 

L'horizon du trou noir ou l'horizon des évènements, représente la frontière du trou noir à partir de laquelle la vitesse de libération atteint celle de la lumière. Aucun moyen pour la lumière de s'échapper, au-delà de l'horizon des événements. Selon le type de trou noir concerné, la taille et la forme de l'horizon seraient variables 
 

Les trous noirs sont froids. Leur température est proche du zéro absolu. -273,15 °Celsius ou 0 Kelvin (K). Plus le trou noir est massif, plus il est froid 
 

La lumière ne s'échappe pas des trous noirs, il est impossible de les voir. Toutefois, en absorbant les étoiles ou les nuages de gaz avoisinants, les trous noirs ont souvent dans leur voisinage, un disque d'accrétion (matière en orbite autour de l'astre). Ils émettent des jets de particules hautement énergétiques. En localisant les disques d'accrétion et les jets, les astronomes sont capables de détecter et d'étudier les trous noirs 
 

Physicien américain John Archibald Wheeler  1911-2008. Spécialiste de la relativité générale, il a sensiblement influencé les recherches sur les trous noirs 

L'état final d'un trou noir est entièrement décrit par seulement trois paramètres 
 

Sa masse M 
 

Son moment angulaire J (grandeur qui décrit son état général de rotation). Certains trous noirs tournent presque à la « vitesse maximale possible », c'est-à-dire la vitesse de la lumière (300 000 kilomètres par seconde) 
 

Et sa charge électrique Q 
 

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Les trous noirs     
 

Les trous noirs primordiaux (hypothétiques)   

-13,8 milliards d'années. Les trous noirs primordiaux se seraient formés à l'époque de l'Univers primordial, dans les régions extrêmement denses. Moins d'une seconde après le Big Bang, la pression et la température sont si élevées que de simples fluctuations de densité de la matière auraient suffi pour donner naissance à des trous noirs. Effondrement gravitationnel du milieu ultra-dense, singularités nues 

Dans l'expansion qui a suivi, la plupart des régions de haute densité ont été dispersées 
 

Stables, les trous noirs primordiaux seraient encore présents aujourd'hui. Non formés à partir d'étoiles, leur masse serait significativement plus faible que celle d'une étoile ; grain de poussière   
 

Où se cache la majeure partie de la masse de l'Univers, appelée matière noire ? La matière noire représente une masse six fois supérieure à celle de la matière visible ; 27 % de l'Univers 

Même peu nombreux comparés aux milliards d'étoiles, les trous noirs primordiaux seraient de plausibles réceptacles 
 

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Les trous noirs stellaires    

La mort d'une étoile. Le noyau de l'étoile s'effondre sur lui-même, les couches externes de l'étoile sont expulsées en une gigantesque explosion. Supernova 

Concentration en un point, la singularité gravitationnelle -non descriptible dans le cadre de la relativité générale d'Albert Einstein 

Masse d'une dizaine de masses solaires 
 

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Les trous noirs intermédiaires 

Quelques milliers de masses solaires. Leur masse se situe entre celle des trous noirs stellaires et celle des trous noirs supermassifs 
 

Entre l'échelle des étoiles et celle des galaxies, existe l'échelle des amas stellaires -amas ouverts et amas globulaires 
 

Un amas ouvert ou galactique est un amas stellaire groupant environ 100 à 10 000 étoiles de même âge, liées entre elles par la gravitation 
 

Un amas globulaire est un amas stellaire dense, contenant une centaine de milliers d'étoiles, distribuées dans une sphère dont la taille varie d'une vingtaine à quelques centaines d'années-lumière. Fossiles de la naissance des galaxies 

Leur densité est nettement plus élevée que celle des amas ouverts, plus petits, plus jeunes. Les étoiles de ces amas sont généralement des géantes rouges -en fin de vie, avant d'exploser en supernova 
 

Dans les années 1970, certains physiciens prédirent l'existence au sein des amas, de trous noirs de masse intermédiaire -comprise entre 100 et 10 000 masses solaires 
 

Les astronomes estiment que les étoiles n'atteignent jamais des masses supérieures à 150 à 200 masses solaires. Les trous noirs intermédiaires ne se forment pas par simple effondrement d'étoiles massives 
 

Cependant, en plus de la possibilité de se former par accrétion (agglomération) d'astres au centre des amas stellaires, certains théoriciens envisagent l'hypothèse des étoiles de population III 

Extrêmement massives et lumineuses, constituées exclusivement d'éléments légers, premières étoiles formées au commencement de l'Univers. 400 millions d'années après le Big Bang. Brève existence, moins d'un million d'années 

Dans cette éventualité, la formation d'étoiles de plusieurs centaines de masses solaires serait possible. A ce jour, les étoiles de population III n'ont jamais été observées 
 

La question de la formation des trous noirs intermédiaires est centrale, car la formation des trous noirs supermassifs n'est pas claire 

Jusqu'à quel point l'accrétion de matière environnante est-elle suffisante, pour atteindre des masses de plusieurs millions de masses solaires ? 

Les trous noirs supermassifs se seraient formés par coalescence (fusion) de trous noirs intermédiaires ? 
 

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Les trous noirs supermassifs 

Un trou noir supermassif (TNSM) est un trou noir dont la masse est de l'ordre d'un million de masses solaires (ou davantage) 
 

NGC 1227, galaxie lenticulaire située dans la constellation de Persée -à 288 millions d'années-lumière. Le trou noir aurait une masse équivalant à 17 milliards de fois celle du Soleil 
 

Galaxie Holmberg 15A, la plus brillante de l'amas Abell 85 -dans la Chevelure de Bérénice. Galaxie elliptique supergéante, à 700 millions d'années-lumière. Le trou noir, 40 milliards de masses solaires 
 

Les trous noirs supermassifs seraient au centre des galaxies massives (lorsque la masse de la galaxie dépasse 10 milliards de fois celle du Soleil). Au centre de la Voie lactée, le trou noir supermassif correspond à la source d'ondes radio Sagittarius A* 
 

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Plusieurs dizaines -centaines ? de millions de trous noirs stellaires (nés de l'effondrement gravitationnel d'étoiles massives) miteraient la Voie lactée 
 

Autour du centre massif de la Voie lactée, regroupement de trous noirs, plus nombreux que dans toute la galaxie 

Dans la Voie lactée, 500 trous noirs binaires et jusqu'à 10 000 trous noirs ? Certains émettent un faible rayonnement (ou pas du tout) ; jusqu'à cent millions de trous noirs ? 

Un trou noir binaire est un système binaire hypothétique, composé de deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre. En raison d'une certaine perte de moment cinétique avec le temps (ralentissement de la rotation), le système binaire serait instable ; l'une des plus importantes sources d'ondes gravitationnelles de l'univers observable 
 

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En son centre, la Voie lactée héberge un trou noir supermassif, Sagittarius A* 
 

1974. Bruce Balick (University of Washington) et l'astronome Robert L. Brown   1943-2014   découvrent la source radio Sagittarius A* -Sgr A* 
 

12 Mai 2022. Image de l'Event Horizon Telescope (EHT), collaboration internationale de 80 instituts d'astronomie   
 

La source radio complexe tient son nom de la constellation zodiacale du Sagittaire, dans la direction de laquelle elle est située 

Le Sagittaire (« l'Archer ») est une constellation du zodiaque, traversée par le Soleil du 18 décembre au 18 janvier. Entre Ophiuchus (le Serpentaire. Cette constellation n'apparaît pas en astrologie traditionnelle), à l'ouest et le Capricorne, à l'est. L'une des 48 constellations identifiées par l'astronome grec Ptolémée, né vers 100 et mort vers 168 après J.-C. 
 

Sagittarius A* est formé de trois composants 
 

Sagittarius A Est. Les restes d'une supernova 

Sagittarius A Ouest. Une structure en spirale 

Sagittarius A*. Au centre de la spirale, une radio-source compacte, extrêmement brillante 
 

A 27 000 années-lumière de la Terre, le disque d'accrétion brillant orbite autour de ses 4,3 millions de masses solaires, à une vitesse proche de celle de la lumière 

Sgr A* a un diamètre équivalent à 30 fois celui du Soleil 
 

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L'Univers, dans longtemps. Les galaxies disparaissent 

Le rayonnement fossile (fond diffus cosmologique, rayonnement électromagnétique émis 380 000 ans après le Big Bang) perd l'essentiel de son énergie. Un processus quantique met en jeu les particules virtuelles. La masse des trous noirs diminue. Évaporation 

Particules / antiparticules. Entre création et annihilation, les particules virtuelles empruntent une miette d'énergie gravitationnelle au trou noir 

Pour le trou noir, le processus se traduit par une légère diminution d'énergie. De masse 
 

Avec le temps, la masse diminue. La température augmente. Le taux d'évaporation 
 

Lorsque la masse devient résiduelle, la température s'élève rapidement. L'évaporation atteint une vitesse foudroyante 
 

Le trou noir disparaît