La question paraîtra paradoxale . En astrophysique, un trou noir est un objet céleste si compact que l’intensité de son champ gravitationnel empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper..Or le solei comme toutes les étoiles, ne cesse de rayonner. Dans le soleil, étoile encore jeune, la fusion nucléaire consomme des noyaux d’hydrogène pour former des noyaux d’hélium en dégageant de l’énergie. Il met un rayonnement électromagnétique dont la lumière visible fait partie. Celui-ci se décompose en ondes radio et millimétriques, en émissions dans l’infrarouge, le visible et l’ultraviolet et, au-delà, en rayons X et gamma.. Un trou noir au centre du soleil absorberait toute ces rayonnements. Il faudrait parler de soleil noir. Un tel concept n’a pas de sens.
Cependant, une équipe internationale, dirigée par des chercheurs de l’Institut Max Planck d’astrophysique, vient de publier dans The Astrophysical Journal un article dont trouvera ci-dessous les références et l’abstract. En développant des idées avancées il y plus de 50 ans par Stephen Hawking ces chercheurs sont arrivés à la conclusion que plusieurs étoiles pourraient abriter un trou noir en leur cœur et cependant « vivre » étonnamment longtemps. Notre Soleil pourrait même en héberger un aussi massif que la planète Mercure sans que nous nous en rendions compte.
L’objet s’entoure doucement d’une zone d’accrétion qui rayonne en chauffant l’étoile et dont la pression de radiation régule l’alimentation du trou noir en s’opposant à une trop grande vitesse d’accrétion et d’absorption de la matière par le trou noir. Selon sa masse, il n’y a aucun effet sur l’étoile hôte pour les plus légers, et pour les plus lourds une partie non négligeable de la luminosité de l’étoile pourrait même provenir du disque d’accrétion et non de réactions thermonucléaires.
Concernant les minitrous noirs les plus massifs, l’évolution et la structure d’une étoile de type solaire pourrait tout de même être un peu changées au fur et à mesure que le trou noir central grossirait lentement. Ainsi, alors que la majeure partie de la structure interne de l’étoile effectue un transfert d’énergie vers la surface en mode radiatif, avec une couche externe dans un état convectif, dans le cas de ce que les chercheurs ont appelé une étoile de Hawking, c’est tout le corps de l’étoile qui serait en état convectif. Ce serait donc uniquement ce mode de transfert de la chaleur qui serait opérant entre le cœur de l’étoile, là où de l’énergie est libérée, et sa surface.
Le Soleil avalant un de ces trous noirs serait donc une étoile entièrement convective, brillant pendant des milliards d’années et dont la surface apparaitrait particulièrement riche en hélium étant donné que les mouvements convectifs feraient remonter l’hélium produit en son centre par la fusion de l’hydrogène en hélium. Le Soleil deviendrait finalement un trou noir, ce qui aurait été impossible autrement, car seules des étoiles d’au moins 8 à 10 masses solaires pouvant devenir des trous noirs naturellement en fin de vie après avoir explosé en supernova de type SN II.
On pourrait tester l’existence d’étoile de Hawking grâce à l’astérosismologie qui peut nous révéler la structure interne des étoiles. Notre Soleil ne paraît pas lui être une étoile de Hawking, On devrait cepandant en savoir plus avec la mission Plato (acronyme de Planetary transits and oscillations of stars) un télescope spatial de l’ESA qu’elle lancera dans quelques années.
Référence
The Astrophysical Journal
[Submitted on 11 Dec 2023]
| arXiv:2312.06782 |
| (or arXiv:2312.06782v1 [astro-ph.SR] for this version) |
| https://doi.org/10.48550/arXiv.2312.06782 Focus to learn more |
Solar evolution models with a central black hole
Hawking (1971) proposed that the Sun may harbor a primordial black hole whose accretion supplies some of the solar luminosity. Such an object would have formed within the first 1 s after the Big Bang with the mass of a moon or an asteroid. These light black holes are a candidate solution to the dark matter problem, and could grow to become stellar-mass black holes (BHs) if captured by stars. Here we compute the evolution of stars having such a BH at their center. We find that such objects can be surprisingly long-lived, with the lightest black holes having no influence over stellar evolution, while more massive ones consume the star over time to produce a range of observable consequences. Models of the Sun born about a BH whose mass has since grown to approximately 10−6 M⊙ are compatible with current observations. In this scenario, the Sun would first dim to half its current luminosity over a span of 100 Myr as the accretion starts to generate enough energy to quench nuclear reactions. The Sun would then expand into a fully-convective star, where it would shine luminously for potentially several Gyr with an enriched surface helium abundance, first as a sub-subgiant star, and later as a red straggler, before becoming a sub-solar-mass BH. We also present results for a range of stellar masses and metallicities. The unique internal structures of stars harboring BHs may make it possible for asteroseismology to discover them, should they exist. We conclude with a list of open problems and predictions
| Cite as: | arXiv:2312.06782 |
| (or arXiv:2312.06782v1 [astro-ph.SR] for this version) | |
| https://doi.org/10.48550/arXiv.2312.06782 Focus to learn more |
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