Objets Compacts et Phénomènes Extrêmes

Naines Blanches§

• Résidu étoiles <8 M☉
• Composition : C-O (majoritairement), ou O-Ne-Mg, ou He
• Densité : ~10⁶ g/cm³ (tonne par cm³!)
• Pression dégénérescence électrons soutient gravité
• Refroidissement : Ga → naine noire (théorique, Univers trop jeune)
• Sirius B : première découverte (1862)

Étoiles à Neutrons§

Formation

• Supernova Type II, cœur 1,4-3 M☉
• Effondrement extrême : électrons + protons → neutrons

Propriétés

• Rayon : ~10-15 km
• Masse : 1,4-2,2 M☉ (typique)
• Densité : ~10¹⁴ g/cm³ (noyau atomique!)
  • Cuillère à café = masse Himalaya
• Pression dégénérescence neutrons
• Rotation : ms-secondes (conservation moment angulaire)
• Champ magnétique : 10⁸-10¹⁵ G (intensifié par contraction)

Pulsars

• Étoiles à neutrons en rotation rapide
• Faisceaux radiation (pôles magnétiques) balayent Terre → pulsations radio
• Découverte : Jocelyn Bell Burnell (1967), PSR B1919+21
• Initialement “LGM” (Little Green Men)
• Période : ms (milliseconde pulsars) à secondes
• Régularité : horloge cosmique précise
• Ralentissement progressif (perte énergie rotation)

Magnétars

• Sous-classe étoiles à neutrons
• Champ magnétique extrême : 10¹⁴-10¹⁵ G (record Univers)
• Éruptions rayons X/gamma intenses
• ~30 connus

Trous Noirs§

Définition

• Région espace-temps où gravité si intense que rien ne peut s’échapper (vitesse libération > c)
• Rayon de Schwarzschild (horizon événements) : rs = 2GM/c²
  • Soleil : 3 km ; Terre : 9 mm

Formation Stellaire

• Supernova Type II, cœur >3 M☉
• Effondrement total → singularité

Structure (Théorique)

• Singularité : centre, densité infinie (physique actuelle brisée)
• Horizon des événements : surface point de non-retour
• Ergosphère (trous noirs rotatifs) : région espace-temps “entraîné”

Types

• Stellaires : 3-100 M☉
  • Formation supernovae
  • Détection : binaires X (Cygnus X-1, premier candidat 1964)
• Intermédiaires : 10²-10⁵ M☉
  • Hypothétiques, peu détectés
  • Possiblement amas globulaires
• Supermassifs : 10⁶-10¹⁰ M☉
  • Centres galaxies (quasi toutes galaxies massives)
  • Sagittarius A* : Voie lactée, 4,1× 10⁶ M☉
  • Formation : ? (fusion TN, effondrement gaz primordial, graines primordiales)
• Primordiaux : hypothétiques, Big Bang

Observation Indirecte

• Rayons X : accrétion matière (disque chauffé 10⁶ K)
• Mouvement étoiles proches (Sgr A*, mouvement étoiles S2, S0-102)
• Lentilles gravitationnelles : courbure lumière
• Ondes gravitationnelles : fusion TN binaires (LIGO 2015, GW150914)

Event Horizon Telescope (EHT)

• Réseau radiotélescopes planétaire
• 2019 : première image TN (M87*, 6,5× 10⁹ M☉, 55 M al)
  • Ombre TN, anneau accrétion brillant
• 2022 : image Sgr A*

Rayonnement Hawking (Théorique)

• Stephen Hawking (1974) : TN rayonnent (mécanique quantique)
• Température inversement proportionnelle masse
• TN stellaires : T ~ 10⁻⁸ K (froid!), évaporation >>âge Univers
• TN primordiaux petits : évaporation rapide