Mise à jour le 20 Novembre 2012
                                                                                                                                                    
   
CONFÉRENCE de Suzy COLLIN ZAHN
Astronome émérite LUTh Observatoire de Paris Meudon
Organisée par l'Association d'Astronomie VEGA et la Mairie de Plaisir
Au théâtre R Manuel (Château de Plaisir)
«LE MYSTÈRE DES TROUS NOIRS»
Le Samedi 10 Novembre 2012 à 20H30

 
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 si nécessaire
Le conférencier a eu la gentillesse de mettre sa présentation à disposition pour téléchargement.
Elle est disponible sur ma liaison ftp  choisir planetastronomy, rentrer les login et PW ; elle s’appelle : SCZ-TN-Plaisir.ppt
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet
On la trouve à cette adresse : http://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9TrxfCWtS1cEnAXRAh-8R8_6
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
Le compte rendu sera succinct, étant donné, que la présentation est disponible au téléchargement.
 
Le Théâtre R Manuel de Plaisir complet !
 
 
 
 
Suzy Collin-Zahn est chercheur associée à l’Observatoire de Paris Meudon, au LUTh (Laboratoire Univers Théories).
 
Elle s’est beaucoup intéressée aux quasars et trous noirs.
 
 
Ses derniers ouvrages :
 
·        Des Quasars aux trous noirs chez EDP
·        Quelle est notre place dans l’Univers (avec C Villain) chez L’Harmattan
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GÉNÉRALITÉS SUR LES TROUS NOIRS.
 
 
Un trou noir (TN) est un objet dont la gravité est tellement intense que rien, même la lumière ne peut en sortir.
 
C’est John Mitchell et Simon de Laplace qui au XVIIIème siècle ont introduit cette notion, à partir de la notion de vitesse de libération d’un corps (Rappel : la vitesse de libération pour échapper à la gravité terrestre est de 11,2km/s)
 
Tout objet dont on réduit les dimensions de façon extrême en conservant sa masse, peut devenir un TN.
Par exemple, si le Soleil était réduit à un astre de 3km, ce serait un TN, de même pour la Terre : quelques cm !
 
 
 
Plus tard, au XXème siècle, après l’annonce de la Relativité Générale (RG) par Einstein, Karl Schwarzschild un physicien Allemand, élabore la théorie du Trou Noir : un trou noir a un rayon proportionnel à sa masse uniquement ! (G et c sont des constantes)
Ce rayon sera baptisé Rayon de Schwarzschild (ou aussi Horizon) en son honneur.
 
 
Comme le dit Suzy Collin Zahn, un TN est un objet très ennuyeux !!
 
En fait deux paramètres sont nécessaires pour le définir :
·        Sa masse déterminée par observation
·        Sa rotation
Sa charge électrique qui est nulle dans la plupart des cas qui nous intéressent aujourd'hui.
 
Par contre, sur l’intérieur du TN, on ne sait absolument rien !
 
 
Quelques propriétés bizarres des TN.
 
On envoie un vaisseau spatial vers un TN, que se passe-t-il ?
 
Le temps se dilate à l’approche du TN et finit par s’arrêter.
La lumière envoyée par le vaisseau subit le décalage vers le rouge et devient invisible.
 
Et les astronautes à bord, que verraient-ils ?
 
Pour eux le temps s’écoule normalement, en approchant, ils voient ce qui se passe derrière le TN.
Ils ne ressentent rien au passage de l’horizon du TN.
Mais à l’intérieur ils sont disloqués par les forces de marée.
 
Alain Riazuelo de l’IAP a donné une conférence avec explication plus détaillée du phénomène.
 
 
Les trous noirs ne sont pas noirs !
 
En fait le trou noir « lui-même » n’est effectivement pas lumineux par définition, mais la matière qu’il avale à une vitesse proche de celle de la lumière, rayonne intensément.
 
Cela provient de ce disque d’accrétion dont une partie se fait engloutir par le TN.
 
Il faut noter que l’ « efficacité » de cette conversion de matière en énergie (la fameuse formule E=mc2) est de 40% pour un TN, alors que la plus forte réaction nucléaire au sein des étoiles comme le Soleil, ne donne qu’un « rendement » de 1% !
 
 
 
LES DEUX (OU TROIS) SORTES DE TROUS NOIRS.
 
 
Il existe deux ou peut être trois types de TN :
 
·        Les TN stellaires de quelques masses solaires
·        Les TN supermassifs de qq millions à milliards de masses solaires
·        Peut être des trous noirs intermédiaires que l’on commence à découvrir.
 
 
Les TN Stellaires :
 
 
Les étoiles massives ont une fin de vie difficile; elles explosent en expulsant leurs couches extérieures, c’est la fameuse supernova.
 
Cela peut donner naissance ensuite à deux phénomènes qui sont tous, ce que l’on appelle des objets compacts :
·        pour une étoile pas trop massive (3 masses solaires) : une étoile à neutron
·        pour une étoile beaucoup plus massive : un trou noir.
 
 
 
 
 
 
Une étoile à neutrons est un objet très compact : de dimensions approximativement 10km mais possédant la masse de l’étoile !
Elle possède aussi un énorme champ magnétique.
 
Cela va donner naissance à la notion de pulsars.
 
En effet, cette étoile minuscule récupère la quantité de mouvement (énergie de rotation) de l’étoile origine (conservation de la quantité de mouvement : loi physique) et va donc tourner extrêmement vite entraînant son champ magnétique. Cela produit un effet dynamo.
Cette dynamo génère des particules très énergétiques de façon régulière ; elle pulse, c’est un pulsar.
 
Dans notre Galaxie, un pulsar très connu est celui de la nébuleuse du Crabe.
On peut voir ici une vidéo de cette pulsation.
 
La nébuleuse du Crabe est un rémanent d’une Super Nova historique (1054), en son centre se trouve un pulsar (le pulsar du Crabe noté PSR B0531+21 suivant la notation actuelle) très énergétique.
 
On a découverte une vingtaine de TN dans la Galaxie (mais il y en a certainement beaucoup plus).
Le premier trou noir stellaire découvert fut Cygnus X1 en 1971, c’était le résultat d’une géante bleue se faisant avaler par une étoile compacte d’au moins 20 masses solaires.
 
Les TN émettent des jets, car le champ magnétique tournant avec le TN s’enroule autour de l’axe de rotation.
Des particules peuvent s’échapper des deux pôles, elles sont généralement relativistes, comme on peut le voir avec SS433, système binaire
 
 
Les TN super massifs.
 
En 1963 on découvre les premiers quasars (quasi stellar radio source ou QSO).
On s’est aperçu qu’ils étaient très éloignés (à cause du décalage vers le rouge important) .
C’est un objet tellement brillant que malgré sa distance, il est aussi lumineux que les galaxies proches.
 
Un quasar est une galaxie très énergétique avec un noyau actif (en anglais AGN Active Galaxy Nucleus)
On sait maintenant que c’est la région autour du TN central d’une galaxie massive.
 
Les quasars sont très petits (un milliardième de galaxie) et très puissants (1000 galaxies), ils varient aussi en intensité très rapidement.
 
Comment expliquer que de si petits objets puissent émettre autant d'énergie : une seule réponse : ce sont des trous noirs.
 
Les galaxies contiennent en leur centre un trou noir massif comme par exemple Virgo A (M87)  et 3C273.
 
Les quasars sont des noyaux de galaxies contenant un TN super massif très actif.
 
Il n’y a pas de quasars près de nous (heureusement) car ce sont des objets du passé.
 
 
 
 
Lors de collisions de galaxies, les TN centraux fusionnent, comme on peut le voir dans cette simulation numérique.
 
Ces collisions étaient en fait beaucoup plus fréquentes dans le passé, car les galaxies étaient plus proches et plus nombreuses.
Le trou noir central qui en résultait était beaucoup plus actif, donnant ainsi un quasar.
 
Mais les quasars ont une fin.
Au bout d'approximativement 100 millions d'années, le quasar a avalé tout ce qui est à sa portée, il s'éteint mais garde sa masse.
On ne le voit plus !
 
 
L’étude des noyaux des galaxies a commencé dans les années 1960 et a continué grâce au télescope spatial Hubble.
On découvre d’énormes masses centrales. Elles sont invisibles pour la plupart car « calmes ».
 
C’est le cas de notre propre Galaxie où nous avons pendant une quinzaine d’années étudié le mouvement des étoiles proches du centre galactique. Cela a donné naissance à un film extraordinaire que l’on peut aussi voir en animation gif..
Le TN central de notre Galaxie possède une masse de 4 millions de masses solaires. Il est heureusement pour nous peu actif !
 
 
La masse des TNSM des centres galactiques est liée à la masse des bulbes, approx. 1/1000 de la masse du bulbe.
 
Pourquoi ?
 
Les TN évoluent avec les galaxies et ils ont une influence importante sur l’évolution de la galaxie entière.
Ils empêchent ou favorisent la formation d’étoiles au sein des galaxies.
 
 
 
 
 
 
Une dernière remarque : les TN massifs peuvent-ils se rallumer ?
Oui, il suffit qu’un nuage de gaz tombe sur le TN. C’est ce qui s’est passé il y a 100 ans dans notre Galaxie et devrait se reproduire dans quelques années.
 
 
CONCLUSION.
 
·        Singularité? Gravité quantique?
·        Problèmes de l’entropie, de l’évaporation, de la perte d’information…
·        Comment se forment les TN supermassifs?
·        Existe-t-il des trous noirs primordiaux?
·        Un rôle dans l’apparition de la vie ?
·        etc…
 
 
On ne sait presque rien des trous noirs, mais :
·        on sait qu’ils existent et
·        qu’ils ont une grande importance dans l’évolution de l’univers
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
Les conférences sur les TN sur ce site :
 
Voyage autour (et à l'intérieur) d'un trou noir : CR de la conf. A Riazuelo à la SAF le 28 Juin 2008
 
Les trous noirs, observations : CR de la conf. d’Éric Gourgoulhon à la SAF (Cosmologie) le 26 nov 2011
 
Les trous noirs super massifs : CR conf SAF de Suzy Collin en commission de cosmo du 6 Mars 2010
 
Les trous noirs de Kerr : CR de la conférence de J Fric à la SAF le 20 Sept 2008
 
Les trous noirs d'Hawking : Conférence SAF de B Lelard le 23 Juin 2007
 
Les trous noirs géants par S Collin Obs de Paris le 19 Janvier 2005 SAF/Amphithéâtre
 
Les Trous Noirs : CR de la conférence de JP Lasota à l'IAP le 1er dec 2009 par C Larcher
 
La détection des trous noirs par M Urry  symposium Cospar, Janvier 2010
 
H Reeves sur les Trous Noirs CR conférence aux RCE 2008
 
Reinhard Genzel : Sur les trous noirs massifs UNESCO 16 Janv. 2009
 
Jérôme PEREZ  : La saga des trous noirs ; CR conf. du 6 Juillet 2009 UNESCO
 
Les trous noirs et l'énergie sombre : CR de la conf. De JP Luminet aux RCE 2006 
 
 
 
 
Les Trous Noirs par N Rumiano.
 
Étoiles à neutrons et trous noirs par E. Gourghoulon
 
Les étoiles à neutrons chez Astropolis.
 
De puissants jets de matière relativiste autour d'un trou noir de notre Galaxie. Du CEA
 
Les trous noirs à l'origine des galaxies
 
Adaptive optics at the Keck Observatory
 
Supermassive Black Hole in the Milky Way Galaxy  video YouTube
 
Observation en proche infrarouge du trou noir au centre de notre galaxie par le LESIA.
 
Studying the supermassive black hole at the center of the Galaxy, présentation ppt de Guy Perrin.
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin 
www.planetastronomy.com
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