Effondrement d'étoiles lourdes : comment apparaissent les trous noirs et s'ils sont visibles. Effondrement gravitationnel Qu'est-ce que l'effondrement gravitationnel

Paradoxe gravitationnel

Potentiel gravitationnel

Effondrement gravitationnel

Effondrement gravitationnel et « trous noirs »

Effondrement gravitationnel et « trous noirs » Revenons à la question des propriétés géométriques de l'Univers. Comme nous le savons déjà, ils sont étroitement liés à la nature de la répartition de la matière. Imaginons que l'Univers soit homogène et isotrope. Qu'est-ce que ça veut dire? Divisons mentalement l'Univers en

Le processus rapide de compression de la matière sous l'influence de sa propre attraction est appelé (voir Gravité). Parfois, l'effondrement gravitationnel est compris comme la compression illimitée de la matière dans un trou noir, décrite par la théorie de la relativité générale (effondrement relativiste).

Certaines parties de tout corps subissent une attraction gravitationnelle mutuelle. Cependant, dans la plupart des corps, son ampleur est insuffisante pour provoquer un effondrement. Pour une masse donnée d'un corps, plus le champ interne d'extension gravitationnelle est grand, plus sa densité est grande, c'est-à-dire plus sa taille est petite. Pour que le champ gravitationnel devienne perceptible, il est nécessaire de le comprimer à des densités colossales. Ainsi, par exemple, pour que l'effondrement gravitationnel de la Terre se produise, sa densité doit augmenter jusqu'à 10 27 g/cm 3, soit des milliards de fois supérieure à la densité nucléaire. Cependant, à mesure que la masse augmente, le champ interne d’attraction gravitationnelle augmente également et la valeur de densité suffisante pour l’effondrement diminue.

Dans des objets aussi massifs que les étoiles, le rôle des forces de compression gravitationnelles devient déterminant. Ces mêmes forces provoquent la compression des nuages ​​​​de gaz lors de la formation des étoiles et des galaxies. Une telle compression ressemble à une chute particulière de particules de gaz vers le centre de l'étoile ou de la galaxie en formation. En ce sens, ils parlent de l’effondrement gravitationnel des protoétoiles et des protogalaxies.

L'existence des étoiles est associée à l'attraction mutuelle de leurs atomes, mais dans les étoiles ordinaires, cette attraction est contrebalancée par la pression interne de la matière, qui assure leur stabilité. Aux températures et densités élevées caractéristiques de l’intérieur des étoiles, les atomes de matière sont ionisés et la pression de la matière est déterminée par le mouvement des électrons et des ions libres. Aux étapes principales et les plus longues de l’évolution stellaire, ce mouvement est thermique. Elle est soutenue par la libération d'énergie lors des réactions de fusion thermonucléaire (voir Étoiles). Cependant, l'approvisionnement en combustible thermonucléaire des étoiles est limité et le sort final des étoiles est déterminé par la possibilité d'un équilibre entre les forces de compression gravitationnelle et la pression de la substance réfrigérante d'une étoile qui a épuisé toute sa réserve d'énergie thermique. De telles conditions d'équilibre sont réalisées dans une naine blanche ou dans les noyaux dégénérés d'étoiles de masse inférieure à 5 à 10 masses solaires, où la compression gravitationnelle est contrecarrée par la pression électronique. Mais dans une naine blanche ou un noyau dégénéré d'étoile de masse plus élevée, la densité d'électrons devient si élevée qu'ils semblent être enfoncés dans le noyau et, en interagissant avec la matière nucléaire, se transforment en neutrinos. Cette capture d'électrons par les noyaux entraîne une diminution de la pression électronique contrecarrant la compression gravitationnelle, et un effondrement gravitationnel se produit.

L'effondrement gravitationnel dans une naine blanche ou un noyau stellaire dégénéré s'accompagne d'une capture supplémentaire d'électrons par les noyaux et d'un rayonnement intense de neutrinos, qui emporte presque toute l'énergie de compression gravitationnelle. La pression électronique devient de plus en plus faible, donc la compression représente une chute libre de matière vers le centre de l'étoile. En fin de compte, la substance qui s’effondre n’est constituée que de neutrons. La pression résultante de la matière neutronique peut équilibrer les forces de compression gravitationnelle, et l'effondrement gravitationnel se terminera par la formation d'une étoile à neutrons. Le rayonnement des neutrinos lors de l'effondrement d'une étoile à neutrons peut fournir un transfert d'énergie efficace vers les couches externes de l'étoile en train de s'effondrer, suffisant pour leur libération avec une énergie cinétique élevée ; Dans ce cas, une explosion de supernova est observée.

Cependant, l’effondrement gravitationnel d’étoiles massives dont la masse dépasse 5 à 10 masses solaires ne s’arrête pas au stade d’étoile à neutrons. À mesure que la masse d’une étoile à neutrons augmente, la densité de sa matière augmente et la répulsion des neutrons ne peut plus offrir une résistance efficace à la compression gravitationnelle. L’effondrement se transforme en effondrement gravitationnel relativiste et un trou noir se forme. La présence de la masse maximale d’une naine blanche stable et d’une étoile à neutrons signifie que les étoiles massives (dont la masse est 10 fois supérieure à celle du Soleil) mettront inévitablement fin à leur existence dans un processus d’effondrement gravitationnel relativiste.

L’effondrement gravitationnel dans un trou noir est un phénomène dans lequel les effets de la relativité générale deviennent dominants. L'effondrement lui-même se produit comme une chute libre vers le centre du trou noir résultant, mais conformément aux lois de la relativité générale, un observateur distant verra cette chute comme s'il filmait de plus en plus au ralenti : pour lui, le processus d'effondrement se poursuivra. indéfiniment. Lors de l'effondrement dans un trou noir, les propriétés géométriques de l'espace et du temps changent. La courbure des rayons lumineux s’avère si forte qu’aucun signal ne peut quitter la surface du corps qui s’effondre. La matière qui est passée sous le rayon du trou noir est complètement isolée du reste du monde, mais continue d’influencer l’environnement avec son champ gravitationnel.

Théoriquement, n’importe quel corps cosmique peut se transformer en trou noir. Par exemple, une planète comme la Terre devrait se rétrécir jusqu’à un rayon de quelques millimètres, ce qui est bien entendu peu probable en pratique. Dans le nouveau numéro récompensé par le prix « Enlightener », T&P publie un extrait du livre du physicien Emil Akhmedov « Sur la naissance et la mort des trous noirs », qui explique comment les corps célestes se transforment en trous noirs et s'ils peuvent être vus dans l'espace. ciel étoilé.

Comment se forment les trous noirs ?

*Si une force comprime un corps céleste jusqu'au rayon de Schwarzschild correspondant à sa masse, alors il pliera tellement l'espace-temps que même la lumière ne pourra pas le quitter. Cela signifie que le corps deviendra un trou noir.

Par exemple, pour une étoile ayant la masse du Soleil, le rayon de Schwarzschild est d'environ trois kilomètres. Comparez cette valeur avec la taille réelle du Soleil – 700 000 kilomètres. Parallèlement, pour une planète ayant la masse de la Terre, le rayon de Schwarzschild est égal à plusieurs millimètres.

[…] Seule la force gravitationnelle est capable de comprimer un corps céleste à des dimensions aussi petites que son rayon de Schwarzschild*, puisque seule l'interaction gravitationnelle conduit exclusivement à l'attraction et augmente en fait de manière illimitée avec l'augmentation de la masse. L’interaction électromagnétique entre les particules élémentaires est plusieurs fois plus forte que l’interaction gravitationnelle. Cependant, toute charge électrique s'avère généralement compensée par une charge de signe opposé. Rien ne peut protéger la charge gravitationnelle – la masse.

Une planète comme la Terre ne rétrécit pas sous son propre poids jusqu'aux dimensions appropriées de Schwarzschild, car sa masse n'est pas suffisante pour vaincre la répulsion électromagnétique des noyaux, des atomes et des molécules qui la composent. Et une étoile comme le Soleil, étant un objet beaucoup plus massif, ne se contracte pas en raison de la forte pression dynamique des gaz due à la température élevée dans ses profondeurs.

A noter que pour les étoiles très massives, d'une masse supérieure à cent Soleils, la compression ne se produit pas principalement en raison d'une forte pression lumineuse. Pour les étoiles de plus de deux cents Soleils, ni la dynamique des gaz ni la légère pression ne sont suffisantes pour empêcher la compression (l'effondrement) catastrophique d'une telle étoile dans un trou noir. Cependant, nous discuterons ci-dessous de l’évolution des étoiles plus légères.

La lumière et la chaleur des étoiles sont le produit de réactions thermonucléaires. Cette réaction se produit parce qu’il y a suffisamment d’hydrogène à l’intérieur des étoiles et que la matière est fortement comprimée sous la pression de toute la masse de l’étoile. Une forte compression permet de vaincre la répulsion électromagnétique de charges identiques de noyaux d'hydrogène, car une réaction thermonucléaire est la fusion de noyaux d'hydrogène en noyau d'hélium, accompagnée d'un dégagement d'énergie important.

Tôt ou tard, la quantité de combustible thermonucléaire (hydrogène) sera considérablement réduite, la légère pression s'affaiblira et la température baissera. Si la masse de l’étoile est suffisamment petite, comme celle du Soleil, elle passera par la phase géante rouge et deviendra une naine blanche.

Si sa masse est importante, l'étoile commencera à rétrécir sous son propre poids. Il y aura un effondrement, que nous pouvons considérer comme une explosion de supernova. Il s’agit d’un processus très complexe, composé de nombreuses phases, et tous ses détails ne sont pas encore clairs pour les scientifiques, mais beaucoup de choses le sont déjà. On sait, par exemple, que le sort futur d’une étoile dépend de sa masse au moment où elle s’effondre. Le résultat d’une telle compression peut être soit une étoile à neutrons, soit un trou noir, soit une combinaison de plusieurs de ces objets et de naines blanches.

"Les trous noirs sont le résultat de l'effondrement des étoiles les plus lourdes"

Les étoiles à neutrons et les naines blanches ne s’effondrent pas en trous noirs car elles n’ont pas suffisamment de masse pour vaincre respectivement la pression du gaz neutronique ou électronique. Ces pressions sont dues à des effets quantiques qui entrent en vigueur après une très forte compression. La discussion de ce dernier point n’est pas directement liée à la physique des trous noirs et dépasse le cadre de ce livre.

Cependant, si, par exemple, une étoile à neutrons est située dans un système stellaire binaire, elle peut alors attirer la matière d'une étoile compagne. Dans ce cas, sa masse augmentera et, si elle dépasse une certaine valeur critique, l’effondrement se reproduira, cette fois avec la formation d’un trou noir. La masse critique est déterminée à partir de la condition selon laquelle le gaz neutronique crée une pression insuffisante pour l’empêcher de se comprimer davantage.

*Il s'agit d'une estimation. La valeur exacte de la limite n'est pas encore connue. - Environ. auteur.

Ainsi, les trous noirs sont le résultat de l’effondrement des étoiles les plus lourdes. Dans la compréhension moderne, la masse du noyau de l’étoile après combustion du combustible thermonucléaire devrait être d’au moins deux et demi solaires*. Aucun état de la matière à notre connaissance n'est capable de créer une telle pression qui empêcherait une masse aussi importante d'être comprimée dans un trou noir si tout le combustible thermonucléaire était brûlé. Nous discuterons un peu plus tard des faits qui confirment expérimentalement la limitation mentionnée de la masse d'une étoile pour la formation d'un trou noir, lorsque nous parlerons de la façon dont les astronomes découvrent les trous noirs. […]

Riz. 7. Idée fausse de l'effondrement du point de vue d'un observateur extérieur comme une chute éternelle ralentissant au lieu de la formation d'un horizon de trou noir

Dans le cadre de notre discussion, il sera instructif d'utiliser un exemple pour rappeler l'interconnexion de diverses idées et concepts scientifiques. Cette histoire peut donner au lecteur une idée de la profondeur potentielle de la question discutée.

On sait que Galilée a inventé ce qu'on appelle aujourd'hui la loi des référentiels inertiels de Newton en réponse aux critiques du système copernicien. La critique était que la Terre ne pouvait pas tourner autour du Soleil, car sinon nous ne pourrions pas rester à sa surface.

En réponse, Galilée a soutenu que la Terre tourne autour du Soleil par inertie. Mais nous ne pouvons pas distinguer le mouvement inertiel du repos, tout comme nous ne ressentons pas le mouvement inertiel d'un navire, par exemple. En même temps, il ne croyait pas aux forces gravitationnelles entre les planètes et les étoiles, car il ne croyait pas à l'action à distance et il ne pouvait même pas connaître l'existence de champs. Et je n’aurais pas accepté une explication aussi abstraite à l’époque.

Galilée croyait que le mouvement inertiel ne peut se produire que le long d'une courbe idéale, c'est-à-dire que la Terre ne peut se déplacer que dans un cercle ou dans un cercle dont le centre, à son tour, tourne en cercle autour du Soleil. Autrement dit, il peut y avoir un chevauchement de différents mouvements d’inertie. Ce dernier type de mouvement peut être rendu plus complexe en ajoutant encore plus de cercles à la composition. Une telle rotation est appelée mouvement le long des épicycles. Il a été inventé pour harmoniser le système ptolémaïque avec les positions observées des planètes.

D'ailleurs, au moment de sa création, le système copernicien décrivait les phénomènes observés bien pires que le système ptolémaïque. Comme Copernic croyait également au mouvement dans des cercles parfaits, il s'est avéré que les centres des orbites de certaines planètes étaient situés à l'extérieur du Soleil. (Cette dernière était l’une des raisons du retard de Copernic dans la publication de ses œuvres. Après tout, il croyait en son système basé sur des considérations esthétiques, et la présence d’étranges déplacements des centres orbitaux au-delà du Soleil ne rentrait pas dans ces considérations.)

Il est instructif de constater qu'en principe, le système de Ptolémée pouvait décrire les données observées avec une précision prédéterminée - il suffisait d'ajouter le nombre requis d'épicycles. Cependant, malgré toutes les contradictions logiques dans les idées initiales de ses créateurs, seul le système copernicien pourrait conduire à une révolution conceptuelle dans notre vision de la nature - à la loi de la gravitation universelle, qui décrit à la fois le mouvement des planètes et la chute des planètes. une pomme sur la tête de Newton, et plus tard à la notion de champ.

Par conséquent, Galilée a nié le mouvement keplérien des planètes le long des ellipses. Kepler et lui échangèrent des lettres écrites sur un ton plutôt irritable*. Ceci malgré leur soutien total au même système planétaire.

Ainsi, Galilée croyait que la Terre se déplace autour du Soleil par inertie. Du point de vue de la mécanique newtonienne, il s'agit d'une erreur évidente, puisque la force gravitationnelle agit sur la Terre. Cependant, du point de vue de la théorie de la relativité générale, Galilée doit avoir raison : en vertu de cette théorie, les corps dans un champ gravitationnel se déplacent par inertie, du moins lorsque leur propre gravité peut être négligée. Ce mouvement se produit le long de la courbe dite géodésique. Dans un espace plat, il s'agit simplement d'une ligne d'univers droite, mais dans le cas d'une planète du système solaire, il s'agit d'une ligne d'univers géodésique qui correspond à une trajectoire elliptique, et pas nécessairement circulaire. Malheureusement, Galilée ne pouvait pas le savoir.

Cependant, de la théorie de la relativité générale, on sait que le mouvement se produit le long d'une géodésique seulement si l'on peut négliger la courbure de l'espace par le corps en mouvement lui-même (la planète) et supposer qu'il est courbé exclusivement par le centre gravitationnel (le Soleil). . Une question naturelle se pose : Galilée avait-il raison à propos du mouvement inertiel de la Terre autour du Soleil ? Et même si ce n’est pas une question si importante, puisque nous connaissons maintenant la raison pour laquelle les gens ne s’envolent pas de la Terre, cela pourrait avoir quelque chose à voir avec la description géométrique de la gravité.

Comment « voir » un trou noir ?

[…] Passons maintenant à une discussion sur la façon dont les trous noirs sont observés dans le ciel étoilé. Si un trou noir a consommé toute la matière qui l’entourait, alors il ne peut être vu qu’à travers la distorsion des rayons lumineux provenant d’étoiles lointaines. Autrement dit, s'il y avait un trou noir sous une forme aussi pure non loin de nous, nous verrions approximativement ce qui est montré sur la couverture. Mais même après avoir rencontré un tel phénomène, on ne peut pas être sûr qu'il s'agit d'un trou noir, et pas seulement d'un corps massif et non lumineux. Il faut du travail pour différencier les uns des autres.

Or, en réalité, les trous noirs sont entourés de nuages ​​contenant des particules élémentaires, de la poussière, des gaz, des météorites, des planètes et même des étoiles. Par conséquent, les astronomes observent quelque chose qui ressemble à l’image présentée sur la Fig. 9. Mais comment peuvent-ils conclure qu’il s’agit d’un trou noir et non d’une sorte d’étoile ?

Riz. 9. La réalité est bien plus prosaïque, et il faut observer des trous noirs entourés de divers corps célestes, gaz et nuages ​​de poussière

Pour commencer, sélectionnez une zone d’une certaine taille dans le ciel étoilé, généralement dans un système stellaire binaire ou dans un noyau galactique actif. Les spectres de rayonnement qui en émanent déterminent la masse et le comportement de la substance qu'il contient. Ensuite, il est constaté que le rayonnement émane de l'objet en question, comme de particules tombant dans un champ gravitationnel, et pas seulement de réactions thermonucléaires se produisant dans les entrailles des étoiles. Le rayonnement, qui est notamment le résultat du frottement mutuel de la matière tombant sur un astre, contient un rayonnement gamma beaucoup plus énergétique que le résultat d'une réaction thermonucléaire.

« Les trous noirs sont entourés de nuages ​​contenant des particules élémentaires, de la poussière, des gaz, des météorites, des planètes et même des étoiles. »

Si la région observée est suffisamment petite, n’est pas un pulsar et contient une grande masse, alors on conclut qu’il s’agit d’un trou noir. Premièrement, il est théoriquement prédit qu’après la combustion du combustible de fusion, aucun état de la matière ne pourrait créer une pression susceptible d’empêcher l’effondrement d’une telle masse dans une si petite région.

Deuxièmement, comme nous venons de le souligner, les objets en question ne doivent pas être des pulsars. Un pulsar est une étoile à neutrons qui, contrairement à un trou noir, a une surface et se comporte comme un grand aimant, ce qui est l'une de ces caractéristiques plus subtiles du champ électromagnétique que la charge. Les étoiles à neutrons, résultant d'une très forte compression des étoiles en rotation d'origine, tournent encore plus vite, car le moment cinétique doit être conservé. Cela amène ces étoiles à créer des champs magnétiques qui varient dans le temps. Ces derniers jouent un rôle majeur dans la formation d’un rayonnement pulsé caractéristique.

Tous les pulsars trouvés jusqu'à présent ont une masse inférieure à deux masses solaires et demie. Les sources de rayonnement gamma énergétique caractéristique dont la masse dépasse cette limite ne sont pas des pulsars. Comme on peut le constater, cette limite de masse coïncide avec les prédictions théoriques faites sur la base des états de la matière que nous connaissons.

Tout cela, bien qu’il ne s’agisse pas d’une observation directe, constitue un argument assez convaincant en faveur du fait que ce sont les trous noirs que voient les astronomes et rien d’autre. Bien que ce qui peut être considéré ou non comme une observation directe soit une grande question. Après tout, vous, lecteur, ne voyez pas le livre lui-même, mais seulement la lumière qu'il diffuse. Et seule la combinaison de sensations tactiles et visuelles vous convainc de la réalité de son existence. De la même manière, les scientifiques tirent une conclusion sur la réalité de l’existence de tel ou tel objet à partir de l’ensemble des données qu’ils observent.

Dans l'espace interstellaire, il existe de nombreux nuages ​​​​constitués principalement d'hydrogène avec une densité d'env. 1000 at/cm 3, tailles de 10 à 100 sv. années. Leur structure et, en particulier, leur densité changent continuellement sous l'influence de collisions mutuelles, d'échauffement par rayonnement stellaire, de pression de champs magnétiques, etc. Lorsque la densité d'un nuage ou d'une partie de celui-ci devient si grande que la gravité dépasse la pression du gaz, le nuage commence à rétrécir de manière incontrôlable - il s'effondre. Les petites inhomogénéités de densité initiales deviennent plus fortes au cours du processus d'effondrement ; En conséquence, le nuage se fragmente, c'est-à-dire se brise en parties, dont chacune continue de rétrécir.

D’une manière générale, lorsqu’un gaz est comprimé, sa température et sa pression augmentent, ce qui peut empêcher une compression ultérieure. Mais même si le nuage est transparent au rayonnement infrarouge, il se refroidit facilement et la compression ne s'arrête pas. Cependant, à mesure que la densité des fragments individuels augmente, leur refroidissement devient plus difficile et la pression croissante arrête l'effondrement - c'est ainsi qu'une étoile se forme, et l'ensemble des fragments de nuages ​​​​qui se sont transformés en étoiles forment un amas d'étoiles.

L’effondrement d’un nuage en étoile ou en amas d’étoiles dure environ un million d’années, ce qui est relativement rapide à l’échelle cosmique. Après cela, les réactions thermonucléaires se produisant dans les entrailles de l’étoile maintiennent la température et la pression, ce qui empêche la compression. Au cours de ces réactions, les éléments chimiques légers se transforment en éléments plus lourds, libérant une énorme énergie (semblable à ce qui se produit lorsqu’une bombe à hydrogène explose). L'énergie libérée quitte l'étoile sous forme de rayonnement. Les étoiles massives émettent des rayonnements très intenses et brûlent leur « carburant » en quelques dizaines de millions d’années seulement. Les étoiles de faible masse ont suffisamment de carburant pour durer plusieurs milliards d’années de combustion lente. Tôt ou tard, toute étoile tombe à court de combustible, les réactions thermonucléaires dans le noyau s'arrêtent et, privée de source de chaleur, elle reste à la merci de sa propre gravité, conduisant inexorablement l'étoile à la mort.

Effondrement d'étoiles de faible masse.

Si, après avoir perdu son enveloppe, le reste de l'étoile a une masse inférieure à 1,2 solaire, alors son effondrement gravitationnel ne va pas trop loin : même une étoile en rétrécissement, privée de sources de chaleur, acquiert une nouvelle capacité à résister à la gravité. À une densité de matière élevée, les électrons commencent à se repousser intensément ; cela n'est pas dû à leur charge électrique, mais à leurs propriétés mécaniques quantiques. La pression résultante dépend uniquement de la densité de la substance et ne dépend pas de sa température. Les physiciens appellent cette propriété la dégénérescence des électrons. Dans les étoiles de faible masse, la pression de la matière dégénérée peut résister à la gravité. La contraction d’une étoile s’arrête lorsqu’elle atteint approximativement la taille de la Terre. De telles étoiles sont appelées naines blanches car elles brillent faiblement, mais immédiatement après compression, elles ont une surface plutôt chaude (blanche). Cependant, la température de la naine blanche diminue progressivement, et après plusieurs milliards d'années, une telle étoile est déjà difficile à remarquer : elle devient un corps froid et invisible.

Effondrement d'étoiles massives.

Si la masse de l'étoile est supérieure à 1,2 solaire, alors la pression des électrons dégénérés n'est pas capable de résister à la gravité et l'étoile ne peut pas devenir une naine blanche. Son effondrement incontrôlable se poursuit jusqu'à ce que la substance atteigne une densité comparable à la densité des noyaux atomiques (environ 3H 10 14 g/cm 3). Dans ce cas, la majeure partie de la matière se transforme en neutrons qui, comme les électrons d’une naine blanche, dégénèrent. La pression de la matière neutronique dégénérée peut arrêter la contraction d'une étoile si sa masse ne dépasse pas environ 2 masses solaires. L'étoile à neutrons résultante a un diamètre d'environ seulement environ 1 000 m. 20km. Lorsque la contraction rapide d’une étoile à neutrons s’arrête soudainement, toute l’énergie cinétique se transforme en chaleur et la température s’élève jusqu’à plusieurs centaines de milliards de kelvins. En conséquence, une éruption géante de l'étoile se produit, ses couches externes sont projetées à grande vitesse et la luminosité augmente plusieurs milliards de fois. Les astronomes appellent cela une « explosion de supernova ». Après environ un an, la luminosité des produits de l'explosion diminue, le gaz éjecté se refroidit progressivement, se mélange au gaz interstellaire et, aux époques suivantes, fait partie des étoiles des nouvelles générations. L'étoile à neutrons qui a émergé lors de l'effondrement tourne rapidement au cours des premiers millions d'années et est observée comme un émetteur variable - un pulsar.

Si la masse de l'étoile qui s'effondre dépasse largement celle de 2 solaires, alors la compression ne s'arrête pas au stade d'étoile à neutrons, mais se poursuit jusqu'à ce que son rayon diminue à plusieurs kilomètres. Ensuite, la force gravitationnelle à la surface augmente tellement que même un rayon de lumière ne peut pas quitter l'étoile. Une étoile qui s’est effondrée à un tel point s’appelle un trou noir. Un tel objet astronomique ne peut être étudié que théoriquement, en utilisant la théorie de la relativité générale d'Einstein. Les calculs montrent que la compression du trou noir invisible se poursuit jusqu'à ce que la matière atteigne une densité infiniment élevée.