Mise à jour le 6 Janvier 2012
 
CONFÉRENCE
"VOYAGE AUTOUR D’UN TROU NOIR"
Par Alain RIAZUELO 
Chargé de Recherche CNRS, Institut d’Astrophysique de Paris
Organisée par l'IAP
98 bis Av Arago, Paris 14ème
 
Le mardi 3 Janvier 2012 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/le-catalogue/institut-dastrophysique-de-paris-iap.html
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
 
 
Alain Riazuelo possède un DEA d'astrophysique (thèse sous la direction de N Deruelle) et de techniques spatiales, Université de Genève puis post doc au CEA.
Ses spécialités : le bruit de fond cosmologique, l'inflation, la topologie de l'Univers les trous noirs.
 
Il est depuis 2003 astrophysicien à l'IAP.
 
Cette présentation comporte en plus des slides PPT des animations et simulations que je ne peux pas retransmettre facilement.
 
Voir à la fin quelques liens vers des animations similaires à celles présentées.
 
Mais avant de présenter ces voyages autour d’un TN, quelques rappels sur ces étranges créatures.
 
 
 
 
 
QU’EST-CE QU’UN TROU NOIR ?
 
Le trou noir est en fait un concept qui date de l'époque de Laplace et de Michell qui furent les premiers à imaginer à propos de la notion de vitesse de libération, une vitesse qui soit celle de la lumière et que donc aucune lumière ne pourrait s'échapper d'un tel objet, d'où le nom trou noir.
 
Pour un astre quelconque, plus la masse est élevée, et plus le rayon est petit et plus la vitesse de libération est grande.
 
Quelques exemples typiques :
·        Notre Soleil, possède une Vl de 600km/s
·        La naine blanche Sirius B (masse solaire mais rayon terrestre) 6000km/s
·        Le pulsar (étoile à neutrons) du Crabe (1,4 masse solaire mais 10km de rayon) 200.000km/s !
 
On approche de la vitesse limite, la vitesse de la lumière, 300.000km/s.
On peut se poser la question de corps dont la vitesse de libération serait supérieure ou égale à la vitesse de la lumière.
Ce sont des trous noirs.
 
Mais l’élaboration d’un tel concept a été lent et s’est répartie sur plusieurs siècles.
 
Ce concept imaginé par Pierre Simon de Laplace et John Michell remonte au XVIIIème siècle, mais il a fallu le compléter avec l’étude du cycle des étoiles pour comprendre le phénomène.
Comprendre que les étoiles sont comme notre Soleil, comprendre leurs structures et déterminer l’énergie qui les anime, comprendre leur évolution qui dépend de leur masse. Tout cela s’est déroulé pendant les XIX et XXème siècles.
 
Les différents types de TN.
 
On sait qu’il existe plusieurs types de trous noirs :
·        Les TN stellaires : évolution ultime d’étoiles massives (3 à quelques dizaines de masses solaires), il en existe quelques dizaines de millions par galaxie.
·        Les TN super massifs : situés en principe au centre de toutes les galaxies massives, on en compte un à deux par galaxie, leurs masses : de qq centaines de milliers à qq milliards de masses solaires. Plus rares que les précédents, ils sont plus faciles à détecter.
·        Les TN intermédiaires, peut être ?
·        Les TN primordiaux qui se seraient formés très tôt après le Big Bang. Encore en discussion.
 
 
Quelques mots sur les étoiles.
 
 
 
La vie d’une étoile et surtout sa fin de vie, est régie par sa masse.
 
·        Les étoiles de faible masse, meurent doucement en éjectant une grande partie de leur masse dans le milieu stellaire, elles deviennent des nébuleuses planétaires la masse restant formant une naine blanche centrale.
·        Les étoiles massives après avoir brûlé leurs composants, aboutissent à un cœur inerte en Fer, lorsque sa masse devient supérieure à approx. 1,3 masse solaire, il s’effondre en 1 seconde, jusqu’à atteindre la densité d’un noyau atomique ! Tout se comprime, toutes les couches externes vont tomber sur ce cœur, il y a fusion proton neutrons, cela devient une étoile à neutrons.
·        Mais si l’étoile est très massive, le cœur se transforme en super nova puis en trou noir. La SN laisse derrière elle :
o       un rémanent de matière qui se dissipe dans le milieu, voir des exemples SN 1054  ou SN 1006.
o       un résidu compact; étoile à neutrons ou TN
 
Il faut signaler que ce phénomène d’effondrement n’a jamais été observé en direct.
 
 
À quoi pourrait ressembler un trou noir ?
Ou plutôt à quoi il ne ressemble pas !
 
 
Les TN sont difficiles à mettre en évidence (un ordre de grandeur de leur taille Rayon du TN = {Masse/masse solaire} * 3 km), bien entendu parce qu’ils sont…noirs ; mais surtout parce que la résolution des meilleurs télescopes est limitée.
 
 
 
Une nouvelle méthode pour augmenter la résolution : l’interférométrie en ondes radio.  qui est inversement proportionnelle à la distance entre les télescopes, et qui peut atteindre 10.000km !
 
On espère obtenir des images similaires à celles-ci.
 
L’image à l’extrême droite correspond à la représentation du TN, les plus réalistes espérées sont c) et g).
 
 
 
 
 
 
Mais en attendant, il existe des preuves indirectes de l’existence des TN, il émet un rayonnement lorsqu’il absorbe de la matière et son influence gravitationnelle sur les autres astres (visibles eux) est énorme.
 
Comme par exemple cette étude du TN situé au centre de notre galaxie sur une période de 15 ans par les astrophysiciens du fameux Max Planck Institute de Garching près de Munich.
 
Vous trouverez un petit film sur ces mouvements d’étoiles autour du TN central, ce n’est PAS une animation, c’est le relevé de mouvements d’étoiles.
On peut voir une animation 3D du MPE sur cette page.
L’ESO vous explique aussi ce film, et vous pouvez même la télécharger en cliquant sur le bon lien.
Que voit on?
On voit un ballet d'étoiles qui suivent des orbites Kepleriennes, on en déduit le point autour duquel elles tournent, il est invisible, sa masse serait de quelques millions de masses solaires, c'est un trou noir géant, celui qui est au centre de notre galaxie (comme de la plupart des galaxies).
Il est nommé Sagittarius A* ou Sgr A* (on prononce Sagittarius A étoile ou A star).
 
 
 
 
 
VOIR UN TROU NOIR OU L’IMAGINER.
 
Voir un trou noir, c’est difficile (très éloigné et très petit) et potentiellement dangereux (engloutit la matière autour de lui, énorme variation de gravitation).
Mais comme le dit Alain Riazuelo, on peut le simuler.
Il faut quand même tenir compte de plusieurs effets liés aux vitesses mises en jeu comme :
·        L’aberration de la lumière, qui correspond, comme pour une voiture roulant de plus en plus vite sous la pluie, à l’impression que la pluie vient vers vous de plus en plus penchée. C’est le même effet pour la lumière quand on se déplace vite, plus on va vite et plus ce qui est dans la direction du mouvement rapetisse.
·        L’effet Doppler, bien connu, il induit des variations de couleur.
·        L’intensité, en plus de l’effet Doppler, un objet lumineux semble plus lumineux lorsqu’il s’approche et moins lumineux lorsqu’il s’éloigne, effet surtout valable aux très grandes vitesses.
 
Tous ces effets sont pris en compte dans les simulations, on en voit quelques applications sur les diapos suivantes.
 
 
À gauche : influence de la vitesse de déplacement seule, de 0% à 90% de la vitesse de la lumière
(à 0,9c on voit les deux pôles célestes en même temps !) ;
à droite, à 50% de la vitesse de la lumière, vues de devant droite et derrière (en bas à droite image originale).
 
Tout ceci est mis en forme dans un film présentant un voyage vers un trou noir hypothétique dans notre Voie Lactée.
En voici quelques séquences.
 
 
 
Le champ gravitationnel des TN.
 
 
Les TN possèdent un champ gravitationnel énorme, il modifie le trajet lumineux et l’énergie de la lumière.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Voilà la déformation de notre fameux damier, due aux effets gravitationnels.
 
On voit au dessus du cercle noir une image secondaire du Pôle N céleste et en dessous, du Pôle Sud.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FILM PRÉSENTÉ .
 
Cette partie là étant relativement similaire à sa dernière présentation à la SAF, je vous propose de vous reporter au chapitre sur LA SIMULATION  de cet exposé.
 
La revue Science et Avenir a réalisé dans le passé un DVD basé sur ces simulations d’Alain Riazuelo, mais on me signale que contrairement à ce que je pensais il n'est pas épuisé. une nouvelle série a été pressée, elle est en vente et disponible chez :
Sciences et Avenir  33 rue Vivienne Paris 2     tel  01 55 35 56 40
 
 
Par contre, Alain nous signale que l’on peut voir cette animation, mais ce fichier est très imposant, plus de 500MB en mpeg-4, donc à télécharger la nuit. Voici son adresse : http://www2.iap.fr/users/riazuelo/bh/VID/public/_sfxx.mpg
 
Pour de plus amples explications sur ce film voir le séminaire de 2007 à l’IAP et aussi celui du Labo d’Annecy.
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
Commentaires d’Alain Riazuelo sur un APOD concernant cette simulation.
 
CR de la présentation d’Éric Gourgoulhon sur les Trous Noirs à la SAF en Nov 2011.
 
Reinhard Genzel : Sur les trous noirs massifs UNESCO 16 Janv. 2009
 
Voyage vers les TN, un site intéressant
 
seeing relativity, voir des images et animations originales liées à la relativité.
 
Consulter le CR de la conférence précédente d’Alain Riazuelo à l’UNESCO.
 
Les trous noirs super massifs : CR conf SAF de Suzy Collin en commission de cosmo du 6 Mars 2010
 
H Reeves sur les Trous Noirs CR conférence aux RCE 2008
 
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
 
 
 
 
Bon ciel à tous !
 
 
Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.
www.planetastronomy.com
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