Mise à jour le 9 Février 2009
 
AMA09
Conférence de Reinhard GENZEL sur
"LES TROUS NOIRS MASSIFS"
UNESCO  PARIS 16 JANVIER 2009
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations si nécessaire.
D'autre part le site de l'AMA09 m'a fait l'honneur de mettre quelques unes de mes photos en ligne dans un diaporama.
Je signale que tous les discours et toutes les conférences ont été filmées et sont disponibles en vidéo sur ce site.
 
REMARQUE : Les comptes rendus des conférences sont mis en ligne au fur et à mesure
Vous vous en apercevrez en allant voir la page du compte rendu général de temps en temps à l'index "conférences", je signalerai les mises en ligne dans la fenêtre des mises à jour du site
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
Reinhard Genzel est physicien de l'Université de Bonn, il a travaillé au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Mass. puis a été professeur à Berkeley.
 
Il rejoint ensuite le célèbre Max Planck Institute for Extraterestrial Physics à Garching près de Munich, en 1986 dont il devient Directeur en 1999.
 
 
Le thème de ce soir : reportage du fond des abîmes : les trous noirs massifs.
 
On va donc parler d'une certaine catégorie de TN, ceux qui ont une masse de plusieurs millions ou milliards de fois la masse de notre Soleil, ceux que l'on appelle les Trous Noirs massifs.
 
 
 
 
 
 
La plupart des galaxies dans notre voisinage possèdent un trou noir massif en leur centre.
 
 
LA NOTION DE TROU NOIR.
 
C'est John Michell en 1783, qui eut l'idée d'étendre la notion de vitesse de libération à des corps très massifs.
 
Il se demande ce qui pouvait se passer avec cette vitesse de libération; si ce corps devenant  très petit et très dense.
Elle pourrait ainsi atteindre la vitesse de la lumière. 
Il en conclut (incroyable pour l'époque!) que rien ne pouvait plus s'échapper et notamment la lumière elle-même.
Ce fut l'acte de naissance des trous noirs.
Par exemple un objet de la masse du Soleil, si il était compressé en une sphère de 3km de diamètre, deviendrait un TN, la lumière serait piégée et ne pourrait pas en sortir. Pour la Terre, de façon similaire, on trouverait un diamètre de 1cm.
 
 
 
Ensuite, peu de progrès furent effectués sur les TN avant Einstein et sa théorie de la relativité générale
 
Les trois paramètres qui caractérisent un trou noir sont :
 
·        Sa masse
·        Sa charge électrique (négative, positive ou neutre)
·        Son spin, c'est à dire une quantité liée à la rotation de ce corps.
 
Un trou noir possède aussi un horizon des événements (event horizon en anglais), frontière entre deux univers différents. C'est la limite à partir de laquelle on ne peut plus s'échapper du TN.
 
Stephen Hawking a émis l'hypothèse que du rayonnement s'échappe d'un TN, le rayonnement de Hawking.
 
Bien que ce soient des trous "noirs", ces objets peuvent devenir les plus lumineux du ciel; en effet ils convertissent l'énergie gravitationnelle en lumière avant que la matière ne disparaisse.
 
Dans les années 1960 on découvre des objets bizarres, des Quasars comme par exemple 3C 273, ils sont très énergétiques, par exemple ce quasar produit à lui tout seul 10.000 fois plus d'énergie que la Voie Lactée en entier.
 
Mais d'où peut venir une telle énergie : sans doute par l’accrétion de matière autour des trous noirs supermassifs qui se trouvent dans le noyau de ces galaxies.
 
Une preuve indéniable de la validité de cette hypothèse serait la détermination du champ de gravité au niveau de l'horizon des événements de ces quasars lointains.
Ce n'est pas chose facile, même impossible avec les techniques actuelles, il faudrait pouvoir essayer de trouver des preuves sur des objets plus proches.
 
 
L'ÉTUDE DES TROUS NOIRS.
 
 
L'étude des trous noirs s'effectue à l'aide de nombreux types de télescopes comme :
·        les télescopes terrestres : VLT, Keck, Hess
·        les télescopes spatiaux comme Chandra en X ou Hubble dans le visible et partiellement UV
·        les réseaux terrestres de radioastronomie : VLBA ou SMA
 
Notre Voie Lactée n'est pas du tout un quasar, mais elle est énormément plus proche que les quasars lointains.
Son centre n'est "qu'à" 25.000 al et on peut espérer qu'il se produit en son centre les mêmes processus physiques que dans les quasars.
 
Peut être y-a-t-il un TN au centre, c'était déjà une spéculation dans les années 1960, par Donald Lynden-Bell et Martin Rees.
 
 
 
Des mesures commencent à être entreprises dans les années 1970, seulement on ne peut pas examiner le centre galactique dans le visible, les nuages interstellaires absorbent une grande partie de la lumière, il faut observer dans le domaine des ondes radio ou IR.
 
On détecte une source très puissante en plein centre, c'est un objet très compact dont on voit l'image radio ci-contre, c'est la région du Sagittaire, SgrA*.
 
Est-ce un trou noir? Si oui comment le prouver.
 
Au début on s'en rendit compte en remarquant les décalages spectraux d'étoiles proches du centre, manifestement elles tournaient à grande vitesse (100km/s en moyenne) autour d'un objet massif.
 
 
 
 
 
 
Puis plus tard, en étudiant ces étoiles qui tournent autour de ce centre, et que l'on a pu suivre pendant une quinzaine d'années, cela a donné lieu à un film, que voici.  (voir aussi ce petit film vidéo à ce sujet)
 
 
 
Il est assez fantastique de penser que l'on peut ainsi "voir" la présence d'un TN; ce n'est pas une animation, ce sont des étoiles dont les orbites ont été suivies sur cette période de temps. La date apparaît dans le coin supérieur gauche.
On les voit tourner autour de quelque chose d'invisible, le trou noir central!
 
Comme on le voit sur ce graphique, montrant une étoile tournant autour de SgrA*, dont le mouvement a été suivi pendant des années.
 
On peut voir une animation 3D du MPE sur cette page.
 
 
 
 
 
 
 
 
Mais alors, connaissant les orbites, les lois merveilleuses de la mécanique céleste font qu'on peut calculer la masse du corps central grâce à ces lois, et on trouve que notre TN central a une masse de l'ordre de 3 millions de Soleil.
 
Beaucoup de nos galaxies voisines ont des TN centraux comme par exemple :
·        M 31 Andromède : TN central de masse 108 masses solaires (Ms).
·        NGC 4258 : 3,6 107 Ms
·        M 87 : 2 109 Ms etc..
Voir diapo de gauche résumant ces faits.
 
 
 
 
Quand ces trous noirs se sont-ils donc formés?
 
Probablement très tôt dans l'histoire de l'Univers. On remarque sur la courbe située à droite de la diapo de droite, un graphe représentant en bleu le taux de formation des étoiles et en rouge l'activité des quasars.
L'échelle horizontale est en milliards d'années après le BB, la période présente étant à droite. On remarque à gauche un TN formé seulement 800 millions d'années après le BB.
 
On ne comprend pas encore bien comment de tels massifs TN ont pu se former si tôt.
 
On suspecte que les collisions de galaxies jouent un rôle important dans ce processus. 
Ces collisions forment des galaxies elliptiques. 
Leurs centres sont formés par l'accumulation de matière, résultant en des TN massifs, comme il nous est montré dans une simulation dont je ne peux pas retrouver la référence sur Internet malheureusement. Mais on en trouvera de nombreuses autres sur ce site.
 
 
 
En conclusion : les trous noirs massifs sont très fréquents, ils sont au centre de presque toutes les galaxies.
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Le rayonnement de Hawking par le SAF.
 
Les trous noirs par Khronos Terre.
 
Le trou noir par Th Lombry de Luxorion.
 
Les quasars.
 
Le TN central de notre galaxie par le CEA.
 
Does the black hole in the center of our Galaxy rotate clockwise?
 
Star Orbiting Massive Milky Way Centre par l'ESO.
 
Stars orbiting the Supermassive Black Hole at our Galactic Center par l'Université de Chicago. Il y a de nombreuses animations.
 
Colossal Black Holes Common in the Early Universe par le CfA d'Harvard.
 
Les trous noirs : la clé de l’évolution de l’univers ? article des astronews de ce site.
 
Les vidéos du Max Planck Institute sur les galaxies.
 
Les simulations vidéo de collision de galaxies du Professeur Steinmetz.
 
CR de la conférence "lumières et poussières dans les galaxies " Par Catherine Cesarsky Présidente de IAU à l'IAP
 
À lire : Le destin de l'Univers par JP Luminet chez Fayard et CR de la conférence de même nom à la SAF, long chapitre sur les TN.
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin  
www.planetastronomy.com
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