mise à jour le 19
Juillet 2005
"LES
TROUS NOIRS"
par
Jean Pierre LASOTA
Astrophysicien, Directeur de recherche au CNRS, IAP
MARDI
12 JUILLET 2005
Le siècle
d'Einstein à l'UNESCO Paris
Photos : JPM. Pour
l'ambiance
Je ne propose que
des comptes rendus succincts de ces conférences, le site http://einstein2005.obspm.fr/indexp.html
devrait mettre en ligne le texte de toutes les conférences bientôt.
BREF COMPTE RENDU
La gravitation
agissant sur tout : matière, énergie, lumière, JP Lasota introduit la notion de
vitesse de libération.
Le concept de
vitesse de libération d'un corps soumis à l'attraction gravitationnelle d'un
autre corps est fondamental en astronomie, car il est lié au phénomène des
orbites spatiales, au fait que certaines planètes ont perdu leur atmosphère, et
même au concept (très ancien d'ailleurs) de trou noir
Celle-ci comme on
l'a déjà vu sur ce site, la vitesse de libération
(escape velocity en anglais) ne dépend que de la masse du corps principal et de
sa distance à ce corps principal.
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Je me permets de
rajouter le tableau tiré de ma présentation sur ce sujet et qui montre les
différentes valeurs de cette vitesse suivant les corps considérés.
Plus l'astre est
petit, plus la vitesse de libération est faible; plus la masse est grande, plus
la vitesse de libération est grande.
Au XVIIIème
siècle l'Anglais John Michell et le Français Pierre Simon de Laplace se sont
intéressés au concept de vitesse de libération de la théorie de Newton sur la
gravitation.
Ils se demandèrent
ce qui pouvait se passer si l'astre devenant si petit et si dense, la vitesse
de libération atteignait la vitesse de la lumière. Ils en conclurent
(incroyable pour l'époque!) que rien ne pouvait plus s'échapper et notamment la
lumière.
Ce fut l'acte de
naissance du concept de trou noir.
Pour une masse
donnée, le rayon peut devenir aussi petit de telle sorte que la vitesse de libération atteigne la vitesse de la lumière;
on a alors un trou noir.
Par exemple si
notre Soleil avait la même masse concentrée sur une boule de rayon 3km, nous
aurions une vitesse de libération égale à c, ce serait alors……….un trou noir.
En
fait pour une masse donnée, le rayon limite qui aboutit à une vitesse de
libération de 300.000km/s est appelé RAYON DE SCHWARZSCHILD dont la valeur est
donnée ci dessous :
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Einstein connaît
ses questions et il ajoute que ce n'est pas la lumière qui est déviée (comme on
le dit pour simplifier) mais c'est l'espace qui est courbe.
Pour
Einstein : Gravitation = Géométrie.
L'espace peut se dilater et se contracter.
Ensuite l'orateur
nous parle des trajectoires de la lumière autour d'un trou noir (TN) et il
existe un endroit où la lumière aussi surprenant que cela puisse paraître, fait
le tour du trou noir. (voir photo)
À partir des travaux de William Unruh
en 1981,
des physiciens ont contourné le problème. Unruh avait montré l'existence d'une
analogie entre la propagation des ondes sonores dans un fluide en mouvement et celle de la
lumière dans l'espace-temps courbe. Cette analogie pourrait
selon lui résoudre le problème des très hautes énergies à l'origine du
rayonnement de Hawking (d'après l'encyclopédie Wikipédia).
Un trou noir est
coupé du reste de l'Univers par sa gravitation. La lumière ne ralentit pas,
c'est l'espace qui s'écroule.
La
"surface" d'un trou noir est semi perméable, elle permet de rentre
mais pas de sortir.
Cependant on ne
peut pas remarquer que l'on est en train de rentrer dans un trou noir nous dit
JP Lasota, l'a –t-il essayé vraiment?
Origine
des trous noirs :
Les trois destinés
des étoiles.
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Mort d'une
étoile comme notre Soleil. Géante rouge,
nébuleuse planétaire, naine blanche puis noire. |
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Mort d'une
étoile de masse inférieur à 3Ms : Super géante
rouge, supernova et étoile à neutrons |
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Mort des étoiles
très massives : Comme précédent
sauf que la dernière phse donne naissance aux trous noirs. |
Elle est liée à la
mort des étoiles massives, une supernova pouvant donner soit un trou noir soit
une étoile à neutrons.
Il
est (relativement) facile de les distinguer, les étoiles à neutrons ont une
masse maximum de 3 masses solaires (Ms), donc si un objet massif de plus de
3Ms, c'est un bon candidat pour un TN.
On s'en rend
compte sur le tableau ci-dessus qui répertorie les masses de trous noirs (TN)
et d'étoiles à neutrons (N), l'échelle horizontale est graduée en masses
solaires.
Voir un
trou noir :
À l'œil impossible,
bien sûr! Mais quand un objet chute (ou est attiré par) sur un TN, une énorme
quantité d'énergie est libérée au moment de l'accrétion.
C'est le cas des étoiles binaires
X "serrées".
Il existe aussi
des trous noirs monstrueux dans le centre de presque toutes les galaxies, le notre
fait 2,6 Millions de Ms, mais il y en a bien d'autres par exemple au centre de M83;
M87 (3 Milliards de Ms!) et M31 etc…
Alors comment
" voir" les trous noirs?
Il existe
plusieurs projets dans différents domaines de longueur d'ondes.
** Le VLBI (Very
Long Baseline Interferometry) , c'est un projet à la fois européen et américain. C'est de la radio
astronomie de haute résolution.
** Le projet MAXIM
(Micro Arcsecond X ray Imaging Mission) d'interférences en Rayons X du Goddard
Spaceflight Center (GSFC).
Il
va permettre de détecter les X associés aux trous noirs, de voir ce que les
scientifiques appellent (faussement) l'ombre du trou noir, en fait c'est le TN
lui même il ne jette pas d'ombre! C'est un projet très ambitieux qui prévoit la
mise en orbite de plusieurs miroirs séparés qui vont être reliés
électroniquement pour effectuer l'interférométrie.
Un modèle de
validation du concept appelé Maxim Pathfinder doit être lancé d'abord afin
d'étudier le problème.
But de la mission
: gagner un facteur 1000 sur la résolution par rapport à Hubble afin de voir
des trous noirs. (photo NASA GSFC) ou plutôt son horizon (en anglais event
horizon).
** Sur Terre, on
pense détecter des micro trous noirs dans le collisionneur
LHC en construction au CERN.
Et c'est sur cet
espoir que se termine la passionnante conférence de JP Lasota.
POUR
ALLER PLUS LOIN :
Sites
Internet :
Les
trous noirs géants, conférence par Suzy Collin.
Le mystère des trous noirs
par Norbert Rumiano.
Thermodynamique du TN,
où passe l'information par N Rumiano.
Mouvement autour du centre de notre galaxie :
animation GIF de 6MB.
Film d'animation sur
les trous noirs.
Page perso de JPL
Présentation Power
Point (PPT) à voir ou à télécharger (si vous n'avez pas le programme il suffit de
télécharger le Viewer fournit gracieusement par Microsoft).
PPT en
français
La
vie des étoiles par l'Observatoire de la Côte d'Azur (2,5MB) un bon résumé
Gravitation et
trous noirs par Françoise Combes (1,7MB) : Très bon
L'accrétion des trous noirs
par Jacques Paul du CEA (3,7MB) : pour initiés
PPT en
anglais
Black holes par
l'Université de Berkeley 2,3MB : à voir absolument même si c'est en anglais,
c'est simple clair et bien fait.
Voir aussi cette présentation
simple de l'Université de….Singapour.
Et de l'Institute
of Astronomy d'Hawai : do black
holes exist? : 1,7MB ;
En pdf : du CERN
49 pages : can
particle physics explain the Universe? (3,2MB)
Livres
: (incomplet par principe)
Il y a une
multitude de livres sur les trous noirs, voici un des meilleurs :
Les trous Noirs
par JP Luminet
** Les
trous noirs de JP Luminet en
poche dans la série Sciences au Seuil (8,50 €)
Remis à jour
récemment
Un très bon
ouvrage de référence très clair avec de nombreuses illustrations.
À paraître de
notre conférencier :
J.-P. Lasota, Les
trous noirs, Odile Jacob, à paraître.
C'est tout pour
aujourd'hui!
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin www.planetastronomy.com