mise à jour le 17 Février 2007
 
     
CONFÉRENCE SUR
"DESTIN DE L'UNIVERS : TROUS NOIRS & ÉNERGIE SOMBRE"
Par Jean Pierre LUMINET Astrophysicien,
Directeur de recherche au CNRS (LUTH)
Organisée par la SAF
À l'Institut Océanographique  195 rue St Jacques, Paris
 
Le Mercredi 7 Février 2007 à 20H30
 
 
Photos : JPM pour l'ambiance. (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont des présentations des auteurs.
 
Cette conférence vient en complément à celle présentée en Novembre 2006 à la Cité des Sciences par JPL , je ne reprendrai pas tout ce qui a été dit à cette occasion, mais j'ajouterai certaines parties et en approfondirait d'autres.
Il est don impératif de consulter ce compte rendu en parallèle avec celui de la précédente manifestation.
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
 
 
C'est Claude Picard (ici à droite) Président de la commission de cosmologie de la SAF, qui nous présente Jean-Pierre Luminet : il est Directeur de recherche au CNRS département LUTH ce qui veut dire : Laboratoire Univers et Théories, astrophysicien à l'Observatoire de Paris-Meudon et spécialiste de réputation mondiale sur la cosmologie et la gravitation relativiste.
 
 
Il a publié plus d'une dizaine de livres, parmi lesquels le très célèbre "L'Univers chiffonné" (Fayard, 2001).
 
Il nous présente aujourd'hui son nouveau livre : "Le destin de l'Univers" dont nous avons déjà parlé sur ce site.
 
 
Voici sa page web personnelle.
 
 
Son exposé est presque entièrement dédié aux Trous Noirs.
 
Sa présentation est répartie en quatre parties.
 
·        Formation des Trous Noirs.
·        Physique des Trous Noirs.
·        Observation des Trous Noirs.
·        Le destin de l'Univers.
 
FORMATION DES TROUS NOIRS.
 
La formation des TN apparaît dans le cadre de l'évolution des étoiles.
 
Il faut revenir sur l'excellent graphique déjà présenté à sa dernière conférence, car il est fondamental.
 
En horizontal, la masse par rapport à la masse de notre Soleil prise égale à 1.  Échelle graduée de 1 à 100
 
En vertical la densité centrale de l'étoile en g/cm3
 
La tendance générale de l'évolution est une augmentation de la densité stellaire, donc vers le bas du diagramme.
 
On voit que les étoiles jusqu'à approximativement 9 masses solaires vont donner en fin de vie naissance à des naines blanches, c'est la partie grisée à gauche sur le graphique.
 
Lorsque celles ci dépassent la limite de Chandrasekhar, elles deviennent des étoiles à neutrons.
 
 
 
Au delà et jusqu'à une cinquantaine de masses solaires, la partie brune, on aboutit à des étoiles à neutrons, qui elles même si elle dépassent une certaine limite (la limite de L.O.V.) deviennent immanquablement des TN.
 
Les étoiles très massives (partie claire à droite) donnent naissance directement à des trous noirs.
 
 
 
Supernovae et Hypernovae.
 
L'explosion d'une étoile peut donner une Super Nova comme par exemple Eta Carinae que l'on voit ici. (Hubble).
 
Cette SN située à 8000 années lumière de nous, est estimée à au moins 100 masses solaires, une des étoiles les plus massives connues.
 
Sa luminosité est de près de 5 millions de fois celle de notre Soleil.
 
C'est en fait une étoile variable qui atteignit son maximum en 1843.
 
Elle devrait exploser en Hypernova dans quelques milliers d'années.
 
 
 
 
 
 
 
Tout ceci nous emmène aux Sursauts Gamma (GRB).
 
 
Il en existe deux types : les courts (quelques dixièmes de seconde) et les longs (quelques dizaines de secondes) comme il a déjà été rapporté ici.
 
 
Voici une modélisation de ces GRB présentée par JPL.
 
Les deux scénarios menant aux GRB sont basés sur la formation d'un TN entouré de son disque d'accrétion, qui correspond à l'effondrement soit d'une étoile massive (hypernova) soit de la fusion de deux étoiles à neutrons.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LA PHYSIQUE DES TROUS NOIRS.
 
La base de la physique des TN c'est l'effondrement gravitationnel.
 
 
·        Une étoile sphérique va s'effondrer, son rayon n'atteint pas encore la rayon limite dit rayon de Schwarzschild, donc sa lumière peut encore quitter l'étoile.
·        L'étoile s'effondre de plus en plus et atteint cette limite, la courbure de l'espace-temps s'accentue, certains rayons lumineux ne peuvent plus s'échapper.
·        L'effondrement se poursuivant, il arrive un moment où plus aucune lumière ne peut s'échapper, le trou noir est né, sa surface est comme le dit JPL une frontière au delà de laquelle il est impossible de voir, c'est l'horizon du TN (event horizon en anglais). Une zone de non retour!
 
 
 
Que se passerait il pour un voyageur (imprudent) à bord d'un vaisseau spatial, qui s'approcherait de l'horizon et tomberait dans le TN?
 
Que verrait le cosmonaute et que verrait on de l'extérieur?
 
À gauche, c'est ce qu'on verrait à bord du vaisseau (horloge embarquée) et à droite la même scène vue par des observateurs lointains.
 
Séquences prises toutes les 0,2 seconde.
Le franchissement de l'horizon se produisant au bout de 1 seconde.
Pour l'astronaute à bord le temps semble se dérouler normalement, il effectue son salut, par contre pour les spectateurs extérieurs, le temps semble se geler! L'astronaute est éternellement figé dans la posture du salut. De plus à cause du décalage (comme un redshift) de fréquence, les images deviendront vite invisibles à nos yeux.
 
 
On voit sur la partie droite de l'image, deux courbes : l'une (en rouge), le temps propre fini ressenti par le voyageur qui pénètre dans le TN et le temps apparent infini (en vert) pour un observateur extérieur où la traversée de l'horizon semble ne jamais se produire.
 
Le trou noir est l'objet le plus simple de na nature d'après JP Luminet, il n'est défini que par trois paramètres (théorème dit de la "calvitie") :
·        sa masse
·        sa charge
·        son moment angulaire
 
 
 
 
Il existe différentes sortes de TN :
·        le TN de Schwarzschild, une masse qui ne tourne pas.
·        Si en plus il possède une charge électrique, c'est un TN de Reissner.
·        Si il tourne c'est un TN de Kerr, mais il n'a pas de charge.
 
 
L'aire des TN ne peut que croître, c'est en fait le plus grand réservoir d'entropie dans l'Univers.
 
 
 
 
 
Un phénomène curieux : en 1971 Hawking prédit l'existence de "mini" trous noirs (ou trous noirs quantiques) de la taille des particules élémentaires, et découvrit une propriété particulière : ils s'évaporent en émettant des particules. Une question se pose alors, que devient le TN après évaporation, restitue-t-il de l'information, et bien il semble que oui.
 
Ceci peut conduire à des applications futures comme des super ordinateurs comme décrit sur la tableau ci-contre. (vitesse 1035 Hz  mémoire 1016 bits!)
 
 
 
 
 
 
 
VISUALISATION DES TN.
 
Ce sont les premiers travaux de recherche de JP Luminet en 1979 qui ont amené à une première représentation de la déformation de l'espace autour d'un trou noir
 
 
 
 
Puis présentation des diverses animations de voyage au centre d'un trou noir : Voir le chapitre correspondant de la conférence précédente.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OBSERVATION DES TROUS NOIRS.
 
Grande problématique : comment observer des astres invisibles??
 
Examinons les différents types de TN :
 
Types de TN
Masse (Ms = masse solaire)
commentaires
Mini Trous Noirs
M< 1015 g
Pas détectés jusqu'à présent, on a beaucoup d'espoir dans le LHC en construction au CERN, si on en détecte (devrait être de l'ordre de 1 mini TN par seconde!) cela voudra dire que la théorie des super cordes est juste
TN Stellaires
3Ms <  M  < 100 Ms
Détectés dans les systèmes binaires (HMXB et LMXB) grâce aux sursauts gamma et aux émissions X. micro quasars.
TN intermédiaires
300 Ms <  M  < 10.000 Ms
Pas détectés directement. Ils sont situés au cœur des amas globulaires. On les met en évidence par mesure de la vitesse d'agitation des étoiles aux alentours. Exemple au cœur de M15 et M31.
TN massifs et super massifs
  M >  106 Ms
Comme au centre de notre galaxie (Sag A*) et dans les noyaux actifs de galaxies (AGN). On les détecte indirectement en étudiant les étoiles en orbite.
 
 
Une autre façon de classer les différents TN : diagramme masse-densité des corps célestes.
 
 
 
 
 
LE DESTIN DE L'UNIVERS.
 
Il dépend du fait que l'Univers est soit fermé (l'expansion se ralentit et mène au Big Crunch); soit ouvert décéléré , l'expansion se poursuit l'univers se refroidissant sans cesse; soit enfin ouvert accéléré, l'expansion se poursuit indéfiniment mais à un rythme accéléré.
 
On pense actuellement être dans ce dernier scénario.
 
 
L'observation des chandelles cosmiques telles les Super Novae Ia montre l'accélération de l'expansion de l'Univers.
 
Cette accélération aurait commencé il y a 7 milliards d'années.
 
Cela tendrait à prouver l'existence d'une énergie à effet anti gravitationnel, appelée énergie noire ou sombre (dark energy).
 
Mais de nombreuses questions restent en suspens à son propos (quintessence; constante cosmologique etc..).
 
 
 
 
 
 
 
 
Pour terminer JPL propose à notre sagacité son calendrier cosmique.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nombreuses questions posées à notre conférencier avant le cérémonial de dédicace de son livre sur le destin de l'Univers qui permettra d'aller dans tous les détails qui n'ont pas pu être abordés pendant sa conférence.
 
 
Merci JPL encore pour ce grand moment cosmologique!!!
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN
 
Voir les références de la conférence précédente.
 
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin   www.planetastronomy.com
Membres de la SAF