BLACK HOLES AS THE FINAL STATE IN THE EVOLUTION OF MASSIVE BODIES

Résumé
On sait depuis 1931 qu'un corps dont la massed épasse une valeur critique (la limite de Chandrasekhar), un peu plus grande que la masse du soleil, ne peut pas rester en équilibre gravitationnel à long terme, après avoir épuisé son énergie thermique et son énergie de turbulence et de rotation différentielle. A moins qu'elle ne perde assez de matière pour amener sa masse en dessous de la limite critique, il semble qu'une étoile niassive doive finalement subir une contraction dramatique jusqu'à la formation d'un «piège noir» dans lequel le champ gravitationnel est si fort que même la lumière ne peut pas échapper. Il y a beaucoup de raisons de croire qu'une assez grande proportion d'étoiles massives perdent une partie de leur masse par des processus d'éjection, soit continus, soit explosifs. Cependant, il serait étonnant qu'il n'y ait pas une proportion importante d'étoiles dans lesquelles subsisterait un noyau central de masse suffisante pour former un piège noir. D'après notre compréhension actuelle de la théorie d'Einstein, le champ à l'extérieur du piège noir évoluerait vers un état d'équilibre bien défini. La forme de cet état final est donné par la solution de Kerr et ne dépend que de la masse et du moment cinétique du piège noir. Nous venons d'acquérir une assez bonne idée théorique des propriétés mécaniques d'un piège noir au voisinage d'un état d'équilibre. Il y a une bonne analogie entre un piège noir et un corps viscoélastique ordinaire. Il est évident par sa nature que la détection observationnelle d'un piège noir serait très difficile. Un piège noir peut se révéler indirectement par l'effet de son champ gravitationnel sur des corps voisins, comme par exemple dans un système binaire. Malheureusement cet effet ne suffit pas nécessairement à distinguer un piège noir de plusieurs autres espèces de corps de masse inférieure à la masse critique, mais dont la luminosité est relativement faible. Une autre manière par laquelle un piège noir pourrait se révéler d'une façon plus caractéristique est la radiation produite par la matière environnante tombant sur lui. Ces deux critères semblent être vérifiés par la source CygnusX-1. Il est probable que cette source soit le premier cas convaincant de la découverte observationnelle d'un piège noir.

Abstract
It was first realised by Chandrasekhar that no object above a critical niass not much larger than that of the sun can remain in equilibrium under its own gravitational field in the long run after its thermal energy differential rotation et cetera have died away. It would appear, that unless it loses sufficient material to drop below this critical mass, any large star must ultimately collapse to form a «black hole» in which the gravitational field is so strong that even light cannot escape. There is in fact much evidence that many large stars do indeed lose much of their mass by both continuous and mass ejection processes. Nevertheless it would be very surprising if there were not a considerable proportion in which there remains a central core sufficiently large to form a black hole. According to our present understanding of Einstein's theory of gravity, the field outside the black hole should be expected to settle down towards a well defined equilibrium state. The form of this final state is described by the solution of Kerr ; and it depends only on the mass and angular momentum of the hole. We are beginning to have a fairly good theoretical understanding of the properties of a black hole in or near equilibrium. It turns out that its mechanical behaviour is closely analogous to that of an ordinary visco-elastic body. Observationally black holes are, by their nature, very difficult to detect directly. The presence of a black hole would be revealed by its gravitational effect on a nearby directly visible body, as in a binary system, but this effect would not necessarily distinguish a black hole from any other kind of object above this critical mass but with relatively low luminosity. However a black hole could also be revealed in a more characteristic manner by radiation produced by infalling matter from the surrounding medium. Both criteria are satisfied by the recently discovered X-ray source Cygnus X-1, which therefore appears to be the first convincing case of the observational detection of a black hole.