*           Les trous noirs sont les endroits où Dieu divisa par zéro.
 
*           Les trous noirs existent. Aujourd'hui, c'est prouvé. Mais, pendant longtemps, ils furent troublants J 

Voir Pensées & humour

 

 

Représentation imagée d'un trou noir

 

 

Jets de plasma: accélérateurs de particules (2020)

 

Noyaux actifs de galaxies: situés au centre de certaines galaxies, ils sont parmi les plus lumineux de notre univers.

Ils sont constitués de trois éléments principaux.

*      D'abord, un trou noir supermassif, dont la masse varie de quelques millions à plusieurs milliards de fois la masse de notre Soleil.

*      D'un disque d'accrétion: un imposant nuage de gaz et de poussière qui, attiré par la gravité du trou noir, tourne autour de lui tout en générant une forte chaleur et luminosité avant d'être englouti.

*      De jets de plasma qui, contrairement au reste du disque d'accrétion, ne sont pas dévorés par le trou noir, mais sont au contraire expulsés en dehors de la galaxie.

 

Jets de plasma: gigantesques accélérateurs de particules.

On pensait que le rayonnement gamma de très haute énergie n'était produit qu'à proximité des noyaux actifs de galaxie. Ce type de rayonnement est produit par des électrons, or ces derniers sont freinés par les éléments qu'ils rencontrent et perdent leur énergie après avoir voyagé quelques centaines d'années-lumière.

Sauf que les astrophysiciens en ont observé à des milliers d'années-lumière de leur trou noir. Cette découverte suggère que les jets de plasma se comporteraient comme des "accélérateurs de particules", formant des tunnels cosmiques dans lesquels les électrons seraient ré-accélérés à des énergies extrêmes, permettant au rayonnement gamma de se produire très loin du noyau actif.

On savait déjà que les jets de plasma contribuent à redistribuer une partie de la matière d'une galaxie en l'éjectant au dehors, ils ont désormais découvert qu'ils redistribuent également de l'énergie.

Lorsqu'ils entrent dans notre atmosphère, les rayons gamma interagissent avec des noyaux d'azote et d'oxygène, ils génèrent alors une cascade de particules qui descendent dans l'atmosphère et émettent un flash lumineux bleuté très bref. Il se produit des milliers de bangs par seconde autour de nous, mais leur lumière est si tenue et si brève que nous ne les voyons pas, contrairement aux télescopes de l'observatoire H.E.S.S.

 

Plasma, un état de la matière - au même titre que solide, liquide ou gazeux - où les électrons et les noyaux qui les composent sont séparés les uns des autres et se comportent de façon indépendante.

 

Lorsque leurs jets de plasma se dirigent directement vers la Terre, à la manière d'une lampe torche pointée en direction des yeux, les noyaux actifs de galaxies prennent le nom de quasars. Dans le cas contraire, il s'agit de radiogalaxies.

 

Rayonnement gamma de très haute énergie. Il s'agit d'une forme de lumière environ mille milliards de fois plus énergétique que la lumière que nous voyons habituellement. Uniquement généré par les phénomènes cosmiques les plus cataclysmiques, comme l'explosion d'une étoile ou l'environnement d'un noyau actif de galaxie.

 

Découverte faite en 2020 par 200 scientifiques provenant de 13 pays différents, principalement la France et l'Allemagne.

Télescopes de l'expérience HESS-II (High Energy Stereoscopic System), en Namibie

Analyse par caméras capables de prendre 4000 clichés d'une radiogalaxie située à 13,7 millions d'années-lumière de la Terre.

 

Pourquoi la dernière découverte sur les jets de trous noirs supermassifs est déterminante – Victor Garcia – L'Express 17/06/2020

 

 

Trou noir le plus poche de la Terre – Mai 2020

Gros comme au moins quatre fois le Soleil, ce trou noir se situe à environ 1000 années-lumière de notre planète.

La galaxie compte un trou noir supermassif en son centre et, on y a détecté deux douzaines de petits trous noirs qui sont les produits naturels de l'évolution des étoiles massives.

Équipe de l'ESO;  Système d'étoiles binaires (HR 6819); Spectrographe FEROS (mesure de la vitesse radiale d'un objet);  Observatoire de La Silla, au Chili; L'une des deux étoiles bouge plus vite que l'autre, et orbite de manière inhabituelle, tous les quarante jours, autour d'un objet invisible: un trou noir.

 

Première photo d'un trou noir supermassif extragalactique

Première photo en avril 2019.

Astronomes du projet Event Horizon Telescope.

Huit télescopes dans le monde. Télescope virtuel de 10 000 km de diamètre

Trou noir de la galaxie elliptique M87 à 55 millions d'années-lumière. Masse équivalente à 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil

Structure en anneau, ombre du trou noir qui se détache sur un fond brillant.

 

Autre candidat pour la photo, notre trou noir: Sagittarius A* est blotti au centre de la Voie Lactée, à 26 000 années-lumière de la Terre. Sa masse est équivalente à 4,1 millions de fois celle du Soleil. Son rayon équivaut à un dixième de la distance entre la Terre et le Soleil.

Voir Actualités 2019

 

 La première mesure de la précession de Schwarzschild pour un trou noir

Des observations effectuées au moyen du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO ont pour la première fois révélé l’accord parfait entre le mouvement d’une étoile en orbite autour du trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée et les prévisions de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Son orbite présente l’aspect d’une rosette et non d’une ellipse comme le prédit la théorie de la gravitation de Newton. Cet effet, baptisé précession de Schwarzschild, n’a encore jamais été mesuré pour une étoile en orbite autour d’un trou noir supermassif.

Cette vue d’artiste illustre la précession de l’orbite stellaire – l’effet est exagéré afin de permettre une meilleure visualisation.

On avait déjà montré que la lumière émise par l'étoile subit l'effet de la Relativité Générale. À présent, on démonte que l'étoile elle-même ressent les effets de la Relativité Générale.

Source: Laurent Sacco – Futura Sciences – 17/04/2020

Voir Actualités 2020

 

 

Trous noirs physiques

et trous noirs mathématiques

Point des connaissances en janvier 2019

 

Trous noirs physiques

Ce sont des monstres galactiques qui émettent des jets de plasma et parfois avalent des étoiles.

 

Bref Historique

*      En 1916, Schwarzschild  découvre que, d'après une solution des équations d'Einstein sur la relativité générale, la lumière peut être piégée. C'est le trou noir formant un horizon duquel rien ne peut échapper et à tout jamais

*      En 1935, Subrahmanyan Chandrasekhar montre que, lorsqu'une étoile n'a plus de combustible, sa pression est insuffisante pour compenser la contraction gravitationnelle. Rien n'empêche son effondrement en un trou noir.

*      Dans les années 1960, Stephen Hawking et Roger Penrose prouvent que les trous noirs peuvent être engendrés par un effondrement d'étoiles massives en fin de vie. Et, c'est la règle générale, pas une exception.

*      Dans les années 1990, l'observation du centre de la Voie Lactée révèle la présence d'un objet qui ne peut être qu'un trou noir (Sagittaire A). En fait, toutes les galaxies abritent un trou noir. Désormais, leur existence n'est plus contestée.

*      En 1972, Jakob Bekenstein découvre que la surface d'un trou noir possède une entropie, propriété généralement dévolue aux gaz. Découverte qui associe la gravité à la thermodynamique.

*      En 1974, Stephen Hawking en déduit que les tous noirs ont une température et s'évaporent.

*      Or, les radiations émises par les trous noirs ne contiennent aucune information. Question: si un trou noir s'évapore complètement, que devient sa propre information ? Il y a incompatibilité avec la théorie quantique qui exige que l'information doit être conservée.

*      L'observation est impossible: la température des trous noirs est bien trop faible et une évaporation complète exigerait des milliards d'années.

*      Une étude par simulation reste l'unique ultime recours.

 

Trous noirs mathématiques

Ce sont des concepts mathématiques, des expériences de pensées, modélisant toutes sortes de trous noirs possibles ou impossibles.

 

 

Études mathématiques des trous noirs

 

*      Pour comprendre les trous noirs et leurs paradoxes, la seule possibilité consiste à mettre en œuvres des simulations mathématiques.

*      Les théoriciens cherchent à savoir ce que devient une particule qui franchit l'horizon du trou noir. Une voie vers la mise en place d'une théorie de la gravitation quantique ?

*      Une grand liberté d'études est offerte, notamment: quantité de dimensions ou valeur de la constante cosmique.

*      Un espace à trois dimensions offre des trous noirs sphériques. Avec plus de dimensions, la quantité de tous noirs augmente et leur forme différent.

*      Notre Univers a une constante cosmologique positive. Avec une constante négative, tout change: l'horizon du trou noir serait des plans étendus à l'infini.

*      Ces développements ont des retombées comme les études du chaos et de la complexité dans le domaine quantique.

*      Sans nul doute, ces études ont créé de nouveaux outils mathématiques dont on ignore encore toutes les applications potentielles.

D'après The Double Life of Black Holes – James O'Brien – Quanta magazine

Voir Historique – Index

 

 

 

 

Approche

*        Les trous noirs sont des objets extrêmement massifs comprimés dans un volume de quelques kilomètres cubes.

-         Ils se forment lorsque certaines étoiles en fin de vie se replient sur elles-mêmes, attirées par leur propre force de gravité (effondrement gravitationnel).


En gros: une étoile tient par sa fournaise qui tend à faire gonfler l'étoile (forces centrifuges) et sa masse qui tend à rétrécir la taille de l'étoile (forces centripètes). Si, faute de carburant, la fournaise s'éteint, l'étoile se replie sur elle-même.

Il y a rupture de l'équilibre entre la gravitation et la pression cinétique due à la fusion nucléaire.

 

-         Leur densité devient tellement importante que l'espace se déforme localement en une sorte de puits sans fond hors duquel même la lumière ne peut plus s'échapper.

Définition

*        Région de l'espace dotée d'un champ gravitationnel si intense qu'aucun rayonnement ne peut s'en échapper.

*        Le trou noir est le stade final d'une étoile de masse trois fois supérieure à celle du Soleil.

*        L'effondrement gravitationnel réduit considérablement les dimensions de l'étoile.

-         La densité devient énorme - infiniment compressée en un point (singularité).

-         Cette concentration engendre un champ gravitationnel tellement élevé que rien ne peut s'en échapper, pas même la lumière.

-         Tous les objets célestes proches, inexorablement attirés, s'y engouffrent et ne peuvent jamais en ressortir.

*        D'où le nom de trou noir.

Trou noir central de notre Galaxie

Masse évaluée en évaluée en mesurant les paramètres orbitaux des étoiles tournant autour de lui: 4 millions de fois la masse du Soleil.

 

Actualités septembre 2017: il y aurait bien un second trou noir géant au cœur de notre galaxie. Le radiotélescope européen Alma a fourni des observations consolidant l'hypothèse de l'existence d'un trou noir intermédiaire de 100 000 masses solaires non loin du trou noir super-massif de notre Galaxie. Celui-ci aurait été au cœur d'une galaxie naine avalée par la Voie lactée.

 

Trou noir géant

Le plus gros trou noir au sein d'un quasar situé aux confins de l'Univers: 12 milliards de masses solaires.  3 000 fois la masse du trou noir de notre Galaxie.

 La Recherche – Avril 2015

 

Existence

*        Le trou noir ne peut pas être détecté par son rayonnement !

Il l'est par son effet gravitationnel sur les astres voisins.

Ou par l'émission de rayons X et gamma émis par les objets proches hyper -chauffés avant de "passer à la casserole".

*        Le centre de notre galaxie est le siège d'un trou noir

En 2001, détection d'un trou noir vagabond dans notre Galaxie.

Il existe des trous noirs correspondant à des milliards de fois la masse du Soleil.

*        En 2001, confirmation de la présence de trous noirs supermassifs au cœur de toutes les galaxies.

Explications

*        Les étoiles en activités comme le Soleil:

-         brûlent les gaz dont elles sont constituées (hydrogène, principalement),

-         dégageant une quantité considérable d'énergie - réaction thermonucléaire.

*        Deux forces en présence:

-         cette énergie dilate l'étoile,

-         la gravitation qui la contracte.

*        L'équilibre est maintenu tant que l'étoile à quelque chose à brûler.

Sinon, la gravitation l'emporte et l'étoile se contracte.

*        Si la masse d'origine est suffisamment grande (3 fois celle du Soleil), elle finit en trou noir.

 

 

John Wheeler (1911–2008)

 

Physicien américain.

Enseigne à Princeton de 1938 à 1976, avec une interruption pour rejoindre le projet Manhattan (Bombe atomique).

Spécialiste de relativité générale.

Côtoie Albert Einstein.

Talent de vulgarisateur. Il écrit Gravitation (1973) avec C. Misner et K Thorne.

 

Inventeur des expressions "trou noir" (appelé auparavant "astre occlus")  et "trou de ver" (le tunnel d'espace temps reliant un trou noir à une fontaine blanche).

Voir Contemporains

 

 

 

Anglais

BLACK HOLE

*        A region of space into which matter has fallen and within which the gravitational field is so powerful that nothing, not even electromagnetic radiation, can escape.

Suite

 

En savoir plus

*           Trous Noirs

 

 

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