IAP Lasota TN 1dec 2009



Mise à jour le 4 Décembre 2009


CONFÉRENCE "LES TROUS NOIRS"
Par Jean Pierre LASOTA
Astrophysicien IAP Organisée par l'IAP
98 bis Av Arago, Paris 14^ème

Le mardi 1^er Décembre 2009 à 19H30

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
Vidéo de la conférence par le CERIMES disponible sur leur site quelques jours après (le CERIMES propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) : voir : http://www.cerimes.fr/



REMARQUE : c'est H Reeves qui devait être l'orateur ce soir là, mais il a été rappelé au Québec pour des questions familiales, JP Lasota a bien voulu le remplacer au pied levé.
De plus j'étais moi même absent (même raison) et c'est notre ami Christian Larcher qui tient la plume et l'appareil ce soir.

Un grand merci à lui.






BREF COMPTE RENDU


La conférence commence par un rappel sur la théorie de la gravitation.

La gravitation agit sur tout : matière, énergie, lumière.
Pour s’affranchir de la gravitation d’un astre il faut fournir à un objet une vitesse dite de libération.
Pour illustrer son propos JPL reprend l’idée de Newton qui consiste à tirer des boulets de canon de telle sorte que la vitesse initiale du boulet augmente régulièrement. A partir d’une certaine vitesse le boulet de canon sera satellisé.
(Il existe un schéma dû à Newton mais je ne l’ai pas retrouvé)
Cette vitesse de libération ne dépend que de la masse et de la dimension du corps qui est la source de l’attraction gravitationnelle.
Le corps considéré s’échappe mais il va s’arrêter quelque part .
Mathématiquement on a (Vl )² = 2GM/R

Pour la Terre Vl = 11,19 km/s
Pour le Soleil Vl = 617,7 km/s
Pour une étoile à neutrons Vl = 100 000 km/s
Pour un trou noir Vl = 300 000 km/s

Point de vue historique : John Michel (1724 – 1793)

En 1784 JM remarque qu’un corps ayant la densité du Soleil mais un rayon 500 fois plus grand ne laisserait pas sortir la lumière.
Il ajoute que la présence d’un tel corps pouvait être cependant détecté s’il se trouvait dans un système binaire.
La masse d’un tel corps serait de 120 millions de fois la masse solaire.
Si la masse du corps égale à celle du Soleil il faudrait le comprimé jusqu’à ce que son rayon soit de 2,95 km.
Le rayon du Soleil qui vaut 700 000 km est 500 000 fois plus grand que le rayon du TN.
Il faut attendre Albert Einstein pour percevoir que la vitesse de la lumière dans le vide est toujours de 300 000 km/s. Les photons ne peuvent pas être accélérés ou ralentis. Un photon peut être absorbé ou donné naissance à une création de paires.

Karl Schwarzschild a trouvé en 1916 - alors qu’il était affecté à l’artillerie sur le front de Russie - une solution aux équations d’AE qui décrivent un trou noir. Un TN est un objet qui ne laisse rien sortir de son intérieur ; son rayon est Rs = 2GM/c2

Ce n’est pas le rayon pour lequel la vitesse de libération de la lumière est égale à la vitesse de la lumière.

Depuis AE on sait que matière et énergie courbent l’espace. Ce n’est pas le rayon lumineux qui est courbé c’est l’espace qui est courbe.
Dans cet espace courbé « c’est une droite »
L’espace-temps n’est pas une substance mais c’est un « objet » dynamique.
Un TN est un objet statique en ce sens que 2 points particuliers du TN restent à la même distance l’un des l’autre.

L’intérieur d’un TN est coupé du reste de l’Univers par sa gravitation. Puisque la gravitation est toujours attirante, la surface d’un trou noir est ½ perméable : elle permet d’entrer mais pas de sortir. A l’intérieur du TN la lumière ne ralentit pas : c’est l’espace qui s’effondre.
Rien ne permet de remarquer que l’on est en train de rentrer dans un TN.

Comment détecter un TN ?
Pour échapper au voisinage d’un TN, il faut une énorme énergie. Pour échapper au TN lui même cette énergie est infinie. Inversement, en chutant dans un TN on gagne de l’énergie, cette énergie est énorme dans son voisinage.
Quand cette énergie est rayonnée on peut « voir » le TN.

Voyage aux « Niagara Falls » et ses poissons-lumière. W. Unruch
Je reprends une explication trouvée sur Internet :
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/un-trou-noir-et-du-rayonnement-hawking-dans-une-fibre-optique_14885/

D’autres analogies hydrodynamiques sont éclairantes et valent la peine d’être mentionnées. La plus célèbre est celle de la cascade peuplée de poissons pouvant se déplacer avec une vitesse maximale c (elle est représentée sur la figure 2).
Si l’on considère la vitesse v de l’écoulement de l’eau, celle-ci augmente au fur et à mesure que l’on se rapproche de la cascade, qui peut être vue comme la singularité au sein de la solution classique de Schwarzschild décrivant un trou noir.
Lorsque la vitesse v dépasse la vitesse maximale c des poissons, peu avant d’arriver à la cascade, on obtient un horizon de non retour pour les poissons au-delà duquel ils ne peuvent plus s’échapper et finiront inévitablement par tomber dans la cascade.




Univers plat

On dit parfois que l’Univers est plat mais il importe de saisir qu’il n’est pas plat comme des crêpes, en supprimant la troisième dimension. L’Univers est plat dans le sens où 2 parallèles ne se croisent jamais.


Origine des TN : vie et mort des étoiles massives.

Cette diapo représente une nébuleuse qui progressivement se déplace sur la séquence principale et finira par devenir une supergéante rouge. Cette supergéante peut donner un supernova qui se transformera soit en une étoile à neutron soit en un TN. (schéma très raccourci).

Lentille gravitationnelle, croix d’Einstein

Je ne développe pas cet aspect bien connu.

Chauffage par rayons X. Schéma sur les binaires X serrés.

Quand la matière s’accumule sur un astre il apparaît des sursauts X.
Le disque d’accrétion capte la matière de l’étoile compagnon. Il se forme un courant d’accrétion.

Pulsars (effet phare)….

Deux catégories d’objets :
Étoiles à neutrons
Trous noirs

Une étoile à neutrons ne peut pas avoir une masse supérieure à 3 masses solaires. Il n’existe pas de corps autogravitants compacts de plus de 3 Ms.

Tous les TN ont une masse supérieure à 3 masses solaires. Cette masse varie entre 3,0 et 15 Ms et concerne la matière ordinaire.
Au centre de notre Galaxie (Sgr A*) il existe un TN dont on connaît la masse.

Il est possible de suivre les mouvements de certaines étoiles autour de ce TN.
On peut voir cette animation en gif, elle fait 6MB mais à voir absolument.

En particulier l’étoile S2 fait le tour complet en 15 ans. A partir du mouvement de cette étoile on en déduit la masse du trou noir central soit 3 millions de Ms.
On arrive aussi à relever le déplacement du centre de notre Galaxie.
Bientôt on pourra « voir » les effets relativistes.



Les étoiles à bosons

Ils sont évoquées mais JP Lasota n’y croit pas.

Trous noirs et physique quantique.

Le monde à petite échelle est flou et bizarre.
Allusions au chat de Schrödinger et ses états combinés.
Condensas de Bose-Einstein.
Quand 2 gaz se mélangent il peut y avoir des atomes qui apparaissent et d’autres qui disparaissent.

Dans le vide il se crée des paires particules antiparticules.

Coalescence de TN (simulation)

2 TN se rapprochent en tournant l’un autour de l’autre tout en se rapprochant.
selon une rotation de l’espace. A la fin l’un des TN s’auto éjecte.
En réalité il s’agit d’une simulation mais pour JPL on observera un jour ce phénomène.






POUR ALLER PLUS LOIN.

Voir une conférence précédente de JP Lasota pour l'année Einstein.






Bon ciel à tous !

Christian Larcher
~~Jean Pierre Martin~~ .
www.planetastronomy.com
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