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mécanique (PCSI) · Chapitre 7 · Application directe du cours

Comprimer le Soleil en trou noir : le rayon de Schwarzschild

Mouvements dans un champ de force centrale conservatif · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Un astre devient un trou noir lorsqu'il est si compact que même la lumière ne peut s'en échapper : sa vitesse de libération atteint . Imaginons que l'on comprime le Soleil jusqu'à cette limite.

  • Rappeler d'un astre de masse et rayon (conservation de l'énergie mécanique).
  • Écrire la condition et en déduire .
  • Calculer pour (, ).
  • Comparer à . Par quel facteur comprimer le Soleil ? Commenter.

Corrigé

1. Pour atteindre l'infini avec une vitesse nulle, l'énergie mécanique est nulle : , d'où .

2. donne , soit .

3. ().

4. : il faudrait comprimer le Soleil d'un facteur en rayon. Toute sa masse tiendrait dans une sphère de quelques km. Heureusement le Soleil n'est pas assez massif pour s'effondrer ainsi.

Important

Ce que ça nous apprend. En posant dans la formule newtonienne, on retrouve . Pour le Soleil il ne vaut que : un trou noir concentre une masse colossale dans un volume minuscule.

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