Dans le domaine de la physique des trous noirs, le processus de Penrose est le nom donné à un processus physique qui permet d'extraire de l'énergie depuis l'ergorégion d'un trou noir en rotation (trou noir de Kerr ou trou noir de Kerr-Newman). Il est nommé en l'honneur du mathématicien britannique Roger Penrose qui l'a proposé en 1969, pour ce qui est devenu l'un de ses travaux les plus célèbres.
Principe
Selon les lois de la mécanique classique et de la relativité générale, un trou noir est une région de l'espace d'où rien ne peut sortir. Il peut de ce fait apparaître surprenant que l'on puisse extraire de l'énergie d'un trou noir. Cela est cependant rendu possible lorsqu'une partie de l'énergie du trou noir est sous forme d'énergie cinétique de rotation. Dans ce cas, en envoyant une particule dans le sens opposé à la rotation du trou noir, on va avoir tendance à diminuer son énergie cinétique de rotation. Cela ne suffit cependant pas pour récupérer cette énergie. Le principe imaginé par Penrose est le suivant :
on lance suivant une trajectoire déterminée un objet vers un trou noir en rotation ;
une fois arrivé dans une région bien particulière, appelée ergosphère et située au voisinage immédiat mais à l'extérieur du trou noir, on brise l'objet en deux en lui conférant une trajectoire bien déterminée ;
l'un de ces objets est absorbé par le trou noir suivant une trajectoire qui diminue l'énergie cinétique de rotation du trou noir ;
l'autre objet échappe à son champ gravitationnel et en ressort avec une vitesse supérieure à celle de la particule incidente, à tel point que l'énergie totale de ce fragment est en réalité supérieure à l'énergie de masse de l'objet initial.
Limitations
L'extraction d'énergie par le processus de Penrose a tendance à diminuer l'énergie cinétique de rotation du trou noir. D'après la célèbre formule E=mc2, une diminution de l'énergie cinétique provoque une diminution de la masse du trou noir. L'extraction d'énergie n'est possible que si le trou noir est en rotation, c'est-à-dire qu'il possède une ergosphère. D'autre part, il existe une limite à la quantité d'énergie cinétique de rotation qu'un trou noir peut posséder : augmenter l'énergie cinétique de rotation d'un trou noir revient à augmenter son moment cinétique ; or il existe une limite au moment cinétique d'un trou noir de masse donnée au-delà de laquelle il n'est plus un trou noir mais une singularité nue. Ainsi, il existe une valeur maximale de l'énergie que l'on peut extraire d'un trou noir de masse M donnée. Une fois cela fait, sa masse est inférieure mais ne peut plus diminuer. Elle est appelée, pour des raisons évidentes, masse irréductible.
Roger Penrose, né le 8 août 1931 à Colchester, est un mathématicien, cosmologiste et philosophe des sciences britannique.
Il enseigne les mathématiques au Birkbeck College de Londres où il élabore la théorie décrivant l'effondrement des étoiles sur elles-mêmes, entre 1964 et 1973, et où il rencontre le célèbre physicien Stephen Hawking. Ils travaillent alors à une théorie de l'origine de l'univers, Penrose apportant sa contribution mathématique à la théorie de la relativité générale appliquée à la cosmologie et à l'étude des trous noirs. Il est actuellement professeur émérite à l'université d'Oxford.
En 1974, il publie un article où il présente ses premiers pavages non périodiques : les pavages de Penrose. On lui doit quelques objets impossibles, tels le triangle de Penrose.
Conjointement avec Andrea M. Ghez et Reinhard Genzel, il est lauréat du prix Nobel de physique 2020.
Sujet: processus de penrose 
Mer 31 Aoû 2022 - 12:35
