FORMATION DES OBJETS COMPACTS


        Avant de donner les noms des différents objets compacts, nous devons expliquer comment ils se forment. Tout d'abord, il faut savoir qu'une étoile n'est en fait qu'une immense boule de gaz composée principalement d'hydrogène et d'hélium maintenue en équilibre par la chaleur produite en son noyau qui contre-balance sa propre gravité. Lorsqu'on compresse un gaz, celui-ci se réchauffe à cause de l'agitation des atomes qu'il contient. Mais il arrive un point où les atomes sont si compressés qu'au lieu de rebondir les uns sur les autres, ils fusionnent pour donner des atomes plus lourds (par exemple, au début de la nucléosynthèse stellaire, les atomes H fusionnent pour former des He). C'est la fusion nucléaire.
Lors de cette fusion nucléaire, une grosse quantité d'énergie est dégagée, qui compense l'action de la gravité. Lorsque l'hydrogène dans le noyau a été complétement brulé, les réactions de fusion s'arrètent et l'équilibre avec la gravité est détruit. A cause de cette dernière force, l'étoile s’effondre sur elle-même. Le gaz se réchauffe alors et atteint une gamme de températures suffisantes pour fusionner des éléments plus lourds : He,C,O,N...jusqu'au Fe. Au delà, il n'y a pas assez d'énergie et l'étoile ne pouvant en fournir, son coeur s'effondre. Seules les étoiles dont la masse est supérieure à 8 Msolaire peuvent aller jusqu'à la synthèse du Fe. Pour une masse inférieure, la nucléosynthèse s'arrête à des atomes plus légers (C, N, O, Ne).
L'effondrement des étoiles va entraîner :

  • Soit une réaction d'explosion pour les étoiles de masse supérieure à 8 Msolaire, ce qui va créer une supernova.
  • Soit une réaction d'éjection (l'enveloppe de l'étoile est éjectée sans explosion) pour les étoiles dont la masse est inférieure, ce qui va créer une nébuleuse planétaire, cela sera le cas de notre Soleil dans plusieurs milliards d'années.

    C'est de la mort de ces étoiles que les objets compacts se forment.
                    

    Les Naines Blanches:

    Les Naines Blanches proviennent de l'effondrement d'étoiles de moins de 8 Msolaire. Lors de cet effondrement, la matière se compacte au cœur de l'étoile, devenant dégénérée, ce qui ne laisse qu'une Naine Blanche ayant les caractéristiques suivantes :

  • Masse : ~ équivalente à celle du Soleil
  • Rayon : ~ équivalent à celui de la Terre


    Les Etoiles à Neutrons:

    Les étoiles à neutrons sont les vestiges d’étoiles très massives, entre 8 et 15 Msolaire.
    Lors de l'effondrement de l'étoile, la force exercée par la gravité est telle que les électrons sont forcés de rentrer dans les noyaux des atomes et de fusionner avec les protons, créant ainsi des neutrons. La matière alors dégénérée n'est composée que de neutrons au niveau de ses couches supérieures, et d'une admosphère d'hydrogène. Mais on ne sait pas ce qu'il y a dans le cœur de ces étoiles. Elles répondent à ces caractéristiques :

  • Masse: ~ 1,4 Msolaire
  • Rayon: ~ 10-15 km


    Les Trous Noirs de Masse Stellaire

    Ils sont issus d'étoiles de 15 à 20 Msolaire. On peut les décrire grâce à leur moment angulaire, leur masse et le rayon de leur horizon des événements ou leur rayon de Schwarzschild. Ils ont pour caractéristiques :

  • Masse: ~100 Msolaire > M > 3 Msolaire
  • Rayon : ~ 3 km*(M/Msolaire)

    Les Trous Noirs SuperMassifs :

    Un trou noir supermassif ne peut être directement liés à la mort d'une étoile. Plusieurs scénarios sont possibles.
    Premièrement, un trou noir supermassif pourrait être un trou noir de masse stellaire qui aurait accrété beaucoup de matière et/ou aurait fusionné avec d'autres trous noirs de masse stellaire. Problème : ce processus est très long et on rencontre des trous noirs supermassifs qui datent du tout début de l'Univers.
    Deuxièmement, des trous noirs de masse intermédiaire (avec des masses comprises entre 1000 et 100000 fois la masse du Soleil) auraient pu fusionner entre eux et accréter de la matière pour former un trou noir supermassif. Problème : pour l'instant, ils n'ont pas encore été détectés de manière sure ... sauf le cas de la source HLX-1 dans la galaxie ESO 243-49 qui a été trouvée à l'IRAP!

    On sait qu'ils se situent au centre des plus grosses galaxies. Un trou noir supermassif se trouve au centre de notre galaxie mais il n'est pas "actif" c'est à dire qu'il n'accréte pas ou peu de matière. On les caractérisent par :
    Masse : 105*Msolaire < M < 1010*Msolaire
    Rayon : même formule.


    Les trous noirs sont invisibles, mais on peut les repérer grâce à la matière qu'ils accrètent (disque d'accrétion).

    En effet, les trous noirs ont une forte attraction sur tout ce qui les entoure, et accrètent toute la matière à portée (pouvant provenir d'étoiles, de nuages de gaz...). Cette matière est alors en orbite autour du trou noir. Mais plus elle se rapproche de celui-ci, plus elle va vite, frôlant la vitesse de la lumière. Elle s'échauffe et émet de la lumière, observable dans différents domaines comme les rayons X. Plus on se rapproche de l'objet compact et plus la matière s'échauffe et plus elle émet de la lumière à haute énergie. On peut aussi les repérer grâce au mouvement d'autres objets autour du trou noir, en observant leurs orbites, on peut en déduire des caractéristiques comme la masse et la position. Au niveau de l'intérieur du disque d'accrétion, on observe parfois deux jets opposés projetés à grande vitesse hors du disque (voir Pourquoi les étudie-t-on ?). Les mécanismes de lancement des jets ne sont pas encore bien compris.


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    II - Où les trouve-t-on et comment les observe-t-on ?
    III - Pourquoi les étudie-t-on ?
    IV- Quelques définitions