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Mise à jour le 27 Juillet 2009
SÉMINAIRE SUR L’UNIVERS INVISIBLE
Organisé par l’Observatoire de Paris (LUTH)
Conférence de Jérôme PEREZ,  Astrophysicien,
Enseignant-Chercheur à L'ENSTA, Chercheur associé au LUTh sur
« LA SAGA DES TROUS NOIRS »
Le 6 Juillet 2009 à l’UNESCO.
 
Remarque : Cette conférence fait partie d’un ensemble de conférences données à l’occasion de ce séminaire, dont on peut consulter le compte rendu sur ce site.
Photos : JPM. pour l'ambiance. Voir les crédits des autres photos éventuelles.
Je ne propose que des comptes rendus succincts de ces conférences, le site Univers 2009, dédié aux manifestations de l'Univers Invisible devrait mettre en ligne bientôt le texte de toutes les conférences.
NOTA : j'ai fait de nombreuses photos en haute résolution que je ne peux pas mettre sur le site question volume, ceux qui seraient intéressés par certaines photos en plus haute définition que celles qui suivent n'ont qu'à me contacter, je les envoie par e-mail.
 
 
La présentation de J Perez est disponible sur le Net.
C’est Newton qui commença à évoquer la notion de vitesse de libération dans le cas de problème à deux corps (un petit qui tourne autour d’un gros par exemple, à notre époque un satellite autour de la Terre), il calcula la vitesse qu’il fallait à un corps pour quitter l’attraction de celui-ci.
 
Cette vitesse (de libération, escape velocity en anglais) est donnée par la formule :
 
                   ( VL )2  = 2 GM/R
 
C’est Römer qui évoqua la vitesse finie de la lumière, donc il devrait exister des corps qui ne permettraient pas à la lumière de s’en extraire (pour les corps tels que VL > c).
 
C’est la première notion de trou noir (ils ne sont pas encore baptisés ainsi).
 
Puis c’est la révolution du XXème siècle, la lumière est onde et particule.
Einstein développe sa théorie de la Relativité Générale (RG).
Plus on s’approche de c plus la masse augmente.
 
 
 
Mais c’est Schwarzschild qui le premier fait apparaître cette distance particulière correspondant à VL =c, ce que l’on va appeler le rayon de Schwarzschild et que l’on appelle aussi horizon.
 
                   RS  =  2 GM/c2
 
 
 
Mais que se passe-t-il si le rayon de ce corps est plus petit que le rayon de Schwarzschild ?  Problème !!
 
Il y a un colloque en 1922 justement sur la nature de cet horizon, et sur la possibilité ou non de le franchir.
 
Si on le franchissait, ce ne pourrait être que dans un seul sens et on passerait certainement dans un autre univers.
Einstein participe à ce congrès à Paris.
 
C’est un problème à la fois mathématique et physique.
 
 
 
 
 
 
 
L’ÉPOPÉE DES PETITS.
 
Bessel mesure le premier la parallaxe des étoiles et notamment celle de Sirius (distance 8,65 al) et montre qu’elle possède un compagnon, Sirius B de période approx. 50 ans.
Plus tard on mesurera (A. Clark) leur masse respective : MA = 2,3 MS  (masse solaire)  et MB = 1,0 MS
Puis on évaluera leur température de surface (Adams Mt Wilson) : 9000K pour A  et 27.000K pour B.
Et enfin leur rayon respectif :     RA = 1,7  RS   et    RB  =  0,008 RS  
On en déduisit une densité pour Sirius B de l’ordre de : 4 tonnes/cm3 !!!!
 
Plus tard, l’introduction de la Mécanique Quantique (MQ) fait apparaître la notion d’état dégénéré de la matière.
 
En 1932 on découvre le neutron.
 
Le jeune Chandrasekhar travaille pour le célèbre Eddington et provoque une controverse avec son patron à propos de la pression de dégénérescence quantique.
Il établit une masse limite pour ces étoiles que l’on va appeler étoiles à neutrons, Eddington n’y croit pas ; il se trompe.
C’est la fameuse limite de Chandrasekhar égale à 1,4 la masse du Soleil.
Cette limite est la masse maximale de la pression de dégénérescence électronique qu'une étoile peut supporter sans qu'il y ait effondrement gravitationnel.
Elle intervient lorsque de la matière s'accumule autour d'un tel objet qui peut être une naine blanche ou un cœur d'étoile massive.
 
Les étoiles à neutrons ont donc une masse maximale et il se passe « quelque chose » si on la dépasse.
Ce sera un trou noir !
La singularité est inévitable.
Il faut essayer de comprendre
 
C’est Kerr qui le premier trouve une solution pour cet astre en rotation. (Voir présentation SAF à ce sujet).
 
 
Puis c’est l’âge d’or des trous noirs, comme le dit notre orateur, les années 1960 et 1970.
 
Penrose prétend que l’on peut extraire de l’énergie d’un trou noir en rotation.
 
Les trous noirs n’ont pas de cheveux : ce qui veut dire en fait qu'avant de s’effondrer en TN, il avait toutes les particularités d’une étoile, et que celles-ci disparaissent au moment de la production du TN.
Un TN est défini par 3 quantités simples :
·        Sa masse M
·        Sa charge Q
·        Son moment cinétique L
 
Les trous noirs s’évaporent.
 
 
 
Hawking établit un couplage avec la MQ , il y a aurait équivalence entre :
·        Aire de l’horizon  et   l’Entropie
·        Gravité de surface sur l’horizon   et   la Température
 
 
L’AVÈNEMENT DES GÉANTS.
 
 
En 1932 se produit un évènement important, Karl Jansky découvre que le centre galactique émet fortement des ondes radio.
 
Puis en 1944, c’est au tour de G Reber de découvrir ces 3 sources radio : Cent-A ; Virgo-A et Cyg-A.
 
La fin de la guerre voit le passage de la technologie du radar des militaires aux scientifiques.
 
Il se crée alors des organismes de radioastronomie puissants comme : le NRAO,   Jodrell Bank  , Mullard à Cambridge etc...
 
On construit des instruments puissants comme : Greenbank en 1958, Owens Valley en 1962, et Nancay en 1965.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
On procède aux mêmes observations du centre de la galaxie, mais on voit des sources doubles, pourquoi ?
 
 
Par exemple on voit deux lobes à Cygnus-A, on ne sait pas bien pourquoi.
 
Mais on va bientôt découvrir les quasars en 1965, ce sont des galaxies très petites et très lumineuses, en plus elles sont très lointaines.
 
Le radiotélescope (36 km2 de surface) du VLA va imager Cyg-A en 1984 et va mettre en évidence des jets de la taille de plusieurs dizaines de  galaxies entre les deux sources.
 
On ne sait toujours pas pourquoi.
 
 
 
LA SEULE EXPLICATION POSSIBLE.
 
 
 
Au centre de Cygnus-A, il y aurait un énorme trou noir avec son disque d’accrétion qui émet des jets de matière accompagnés de nuages d’émission radio.
 
 
 
C’est un système binaire constitué d’un trou noir en rotation et d’une étoile géante.
 
 
 
 
Comment peut se former un objet si massif ? On ne sait pas, on travaille dessus !!!!
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
La vitesse de libération par l'Observatoire de Paris.
 
La vitesse de libération, présentation pdf sur ce site.
 
Les trous noirs par K Terre.
 
Le mystère des trous noirs par N Rumiano.
 
Tourisme dans le monde des trous noirs CR d'une conférence de Hubert Reeves.
 
Les trous noirs géants par S Collin Obs de Paris le 19 Janvier 2005 SAF/Amphithéâtre
 
Sonder les TN avec les ondes gravitationnelles, CR d'une conférence de E Gourgoulhon.
 
Tout ce que vous avez voulu savoir sur : "Les trous noirs et l'énergie sombre" sans jamais avoir osé le demander par JP Luminet, conférence aux RCE 2006 à La Villette
 
Les trous noirs par la NASA, version simple.
 
Path to discovery in radio astronomy, présentation ppt.
 
Double Radio Sources Associated with Galactic Nuclei
 
Chandra voit Cygnus-A.
 
Très bon article assez complet sur les trous noirs chez Techno-Science.
 
Tout sur la radio galaxie Cygnus A
 
 
Bon ciel à tous!
 
 
Jean Pierre Martin  membre de la Commission de Cosmologie de la SAF.
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