Espace de Minkowskithumb|Représentation schématique de l'espace de Minkowski, qui montre seulement deux des trois dimensions spatiales. En géométrie et en relativité restreinte, l'espace de Minkowski du nom de son inventeur Hermann Minkowski, appelé aussi l'espace-temps de Minkowski ou parfois l'espace-temps de Poincaré-Minkowski, est un espace mathématique, et plus précisément un espace affine pseudo-euclidien à quatre dimensions, modélisant l'espace-temps de la relativité restreinte : les propriétés géométriques de cet espace correspondent à des propriétés physiques présentes dans cette théorie.
Espace-tempsEn physique, l'espace-temps est une représentation mathématique de l'espace et du temps comme deux notions inséparables et s'influençant l'une l'autre. En réalité, ce sont deux versions (vues sous un angle différent) d'une même entité. Cette conception de l'espace et du temps est l'un des grands bouleversements survenus au début du dans le domaine de la physique, mais aussi pour la philosophie. Elle est apparue avec la relativité restreinte et sa représentation géométrique qu'est l'espace de Minkowski ; son importance a été renforcée par la relativité générale.
Trou noiralt=|vignette|Le disque d'accrétion du trou noir M87* imagé par l'en. Le trou noir lui-même est invisible, au centre de la zone noire centrale. 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. De tels objets ne peuvent ni émettre, ni diffuser la lumière et sont donc noirs, ce qui en astronomie revient à dire qu'ils sont optiquement invisibles.
Diagramme de Minkowskivignette|droite|Diagramme de Minkowski représentant un événement E avec ses coordonnées d'espace-temps (x,ct) dans un référentiel R, et celles (x', ct') dans un référentiel R' en déplacement par rapport au premier à la vitesse v ; ainsi qu'un des axes du cône de lumière, en rouge. L'unité des graduations sur les axes de R' sont notées 1' sur chacun. Le diagramme de Minkowski est une représentation de l'espace-temps développée en 1908 par Hermann Minkowski, permettant une visualisation des propriétés dans la théorie de la relativité restreinte.
Diagramme de Penrose-Cartervignette|droite|250px|Diagramme de Penrose d'un espace de Minkowski infini. Deux dimensions d'espace ont été éliminées et la dimension (spatiale) infinie est représentée sur un segment (fini) horizontal. L'axe temporel est vertical. Un diagramme de Penrose-Carter est un diagramme bidimensionnel utilisé, en relativité générale, pour faciliter l'étude des propriétés causales d'un espace-temps.
Micro-trou noirLes micro-trous noirs sont de minuscules trous noirs hypothétiques, également appelés trous noirs quantiques ou mini-trous noirs, pour lesquels les effets liés à la mécanique quantique jouent un rôle important. Il est possible que de tels trous noirs quantiques aient été créés dans l'environnement très dense de l'univers primordial, ou au cours de transitions de phases ultérieures : on parle dans ce cas de trous noirs primordiaux. Ils pourraient être détectés prochainement par les astrophysiciens, grâce aux particules qu'ils devraient émettre par rayonnement de Hawking.
Trou noir de KerrEn astrophysique, un trou noir de Kerr, ainsi désigné en l'honneur du mathématicien néozélandais Roy Kerr, est, par définition, un trou noir : de masse strictement positive : ; dont le moment cinétique n'est pas nul : , c'est-à-dire qui est en rotation axiale ; dont la charge électrique est nulle . D'après la conjecture de calvitie, proposée par John Wheeler, il est un des quatre types théoriques de trous noirs.
Cône de lumièreredresse=1.25|vignette|Le cône de lumière centré sur un événement. En physique, le cône de lumière est une notion fondamentale de la théorie de la relativité, permettant à partir d'un événement la distinction entre les événements passés, les événements futurs et les événements inaccessibles (dans le passé comme dans le futur). Le cône de lumière est ainsi désigné à la suite de Hermann Minkowski (-). Mathématiquement, un cône de lumière est un .
Trou noir supermassifvignette|En haut : vue d'artiste d’un trou noir supermassif absorbant la matière environnante. En bas : images supposées d'un trou noir dévorant une étoile dans la galaxie . Photo en avec le télescope Chandra à gauche ; photo optique prise par le VLT de l'ESO à droite. Un trou noir supermassif (TNSM) est un trou noir dont la masse est de l'ordre d'un million de masses solaires ou plus. Il constitue l’un des quatre types de trous noirs avec les trous noirs primordiaux, les trous noirs stellaires, les trous noirs intermédiaires.
Trou de vervignette|Exemple de trou de ver dans une métrique de Schwarzschild, tel qu'il serait vu par un observateur ayant franchi l'horizon du trou noir. La région d'où vient l'observateur est située à droite de l'image. Mise à part la région située près de l'ombre du trou noir, les effets de décalage vers le rouge gravitationnel rendent le fond du ciel très sombre. Celui-ci est en revanche très lumineux dans la seconde région, visible une fois l'horizon passé.
Roger PenroseRoger Penrose, né le 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.
Métrique de SchwarzschildEn astrophysique, dans le cadre de la relativité générale, la métrique de Schwarzschild est une solution des équations d'Einstein. L'espace-temps, dont la métrique décrit la géométrie, a quatre dimensions ; il est vide mais courbe bien qu'asymptotiquement plat ; il est à symétrie sphérique et stationnaire ; il est statique à l'extérieur d'un rayon critique : le rayon de Schwarzschild ; et, lorsque le vide s'étend au-delà de ce rayon, la métrique met en évidence un trou noir : le trou noir de Schwarzschild .
Hermann MinkowskiHermann Minkowski, né à Alexotas (alors en Russie, dans le Gouvernement de Suwałki, et aujourd'hui en Lituanie) le et mort à Göttingen le , est un mathématicien et un physicien théoricien allemand. Hermann Minkowski naît le à Alexotas près de Kaunas dans une famille juive. Il est le cadet des trois enfants de Lewin Minkowski et de son épouse Rachel, née Raubmann. En , les Minkowski quittent Alexotas pour Königsberg. Minkowski y passe le reste de son enfance.
Univers d'EinsteinL' est le premier modèle cosmologique fondé sur la théorie de la relativité générale découverte par Albert Einstein en 1915. Le modèle a été proposé par Einstein lui-même en 1917, mais a été abandonné à la suite de la découverte de l'expansion de l'Univers. L'Univers ainsi modélisé est statique et fermé, de courbure positive, dont la géométrie est celle d'une hypersphère, contenant une distribution homogène et isotrope de poussière de densité d'énergie propre , ainsi qu'une constante cosmologique , telle que : où est la constante de Newton et est la vitesse de la lumière dans le vide.
Effondrement gravitationnelthumb|220x220px|Scénario simplifié d'effondrement gravitationnel du cœur d'une étoile : (a) Une étoile massive et évoluée présente une structure en coquilles concentriques (structure type oignon) d'éléments qui subissent une fusion. Un noyau de fer inerte se forme par la fusion du silicium présent dans l'enveloppe la plus interne. (b) Ce noyau de fer atteint la masse de Chandrasekhar et commence à s'effondrer, le noyau externe (flèches noires) se déplaçant à une vitesse supersonique tandis que le noyau interne plus dense (flèches blanches) voyage subsoniquement ; (c) Le noyau interne se comprime en neutrons et l'énergie gravitationnelle se transforme en neutrinos.
Singularité de SchwarzschildLa singularité de Schwarzschild est le comportement divergent de la métrique de Schwarzschild quand . Il ne faut pas la confondre avec la singularité gravitationnelle d'un trou noir. Cette singularité n'est qu'apparente : elle se manifeste dans l'expression classique de cette métrique, mais pas dans d'autres. On considère donc que c'est une singularité mathématique pour la métrique classique de Schwarzschild, mais que ce n'est pas une singularité physique.
Trou noir binairevignette|Vue d'artiste de deux trous noirs en train de fusionner. Un trou noir binaire est un système binaire hypothétique composé de deux trous noirs en orbite l'un autour de l'autre. Ils sont l'une des plus grandes sources d'ondes gravitationnelles de l'univers observable. Ce système binaire serait instable en raison d'une certaine perte de moment cinétique avec le temps. Conséquemment, les trous noirs se rapprochent l'un de l'autre jusqu'à ce qu'ils fusionnent, ce qui crée des changements de caractéristiques qui entraînent certains changements structurels au sein d'une hypothétique galaxie hôte.
Univers de de SitterEn cosmologie, l'univers de de Sitter () est un modèle cosmologique dans lequel la seule contribution à la densité d'énergie provient de la constante cosmologique. C'est une solution exacte des équations de la relativité générale correspondant physiquement à un univers homogène, isotrope, vide de matière mais rempli d'une constante cosmologique positive et notée ici . C'est un espace de courbure positive (valant ) bien que sa courbure spatiale puisse être quelconque. Il porte le nom du physicien Willem de Sitter.
Métrique (physique)En relativité restreinte et en relativité générale, une métrique est un invariant relativiste infinitésimal ayant la dimension d'une longueur. Mathématiquement, il s'agit d'un tenseur métrique relatif à la variété différentielle représentant l'espace-temps physique. En relativité générale, une métrique dans un référentiel contient toutes les informations sur la gravitation telle qu'elle y est perçue. Une métrique d'espace-temps s'exprime sous la forme d'une somme algébrique de carrés de formes différentielles linéaires.
Asymptotically flat spacetimeAn asymptotically flat spacetime is a Lorentzian manifold in which, roughly speaking, the curvature vanishes at large distances from some region, so that at large distances, the geometry becomes indistinguishable from that of Minkowski spacetime. While this notion makes sense for any Lorentzian manifold, it is most often applied to a spacetime standing as a solution to the field equations of some metric theory of gravitation, particularly general relativity.
