Mise à jour 24 Juin 2025.
CONFÉRENCE MENSUELLE
De Jean Pierre LUMINET astrophysicien LAM et Obs de Paris
« LA SCIENCE D’INTERSTELLAR »
Organisée par la SAF
En présence du public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF
Le Mercredi 11 Juin 2025 à 19H00
Photos : TM et 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
La présentation est disponible sur
ma liaison ftp ,
Rentrer le mot de passe, puis aller à CONFÉRENCES SAF ensuite SAISON 2024/2025 ;
Elle s’appelle : JPL-Interstellar-modifié.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent aussi me
contacter avant..
ATTENTION : Les droits d’auteur correspondant au film Interstellar ne sont pas
clairs, aussi toutes les
images et vidéos de ce film ont été effacées du pdf.
La vidéo de la réunion est accessible à cet URL :
pour le moment supprimée en attente de clarification copyright.
Tous les autres enregistrements des conférences mensuelles sont accessibles sur
la playlist
des conférences mensuelles d’Astronomie de notre chaine YouTube SAF.
Nous étions plus de 200 dans la salle et 91 à distance sur YouTube.
JPL commence par un résumé du film Interstellar (sorti en 2014) si certains ne
l’ont pas vu ou pas compris :
Film
de 201 de Christopher Nolan au scénario complexe.
L’action commence en 20167, la Terre devient inhabitable.
Les scientifiques de la NASA cherchent une Terre de remplacement.
Cooper, le héros du film, ancien astronaute découvre par hasard un centre
spatial secret, il y rencontre le responsable scientifique, le professeur Brand.
Il existerait d’autres Terres accessibles par un trou de ver nouvellement
découvert au large de Saturne. Des missions ont d’ailleurs été envoyées vers
trois Terres « possibles » il y a quelques années.
Le professeur ne voit que deux solutions pour sauver l’humanité :
·
Transporte la population vers une de ces planètes, mais pour cela il doit
résoudre une équation gravitationnelle dont les données dépendent de l’étude
d’un trou noir
·
En cas d’échec de la première solution, envoyer des embryons humains sur cette
planète, ce qui implique d’abandonner la population actuelle de la Terre.
On propose alors à Cooper de mener une mission, avec notamment la fille de
Brand, vers ces 3 corps pour détecte le meilleur habitat.
Après un long voyage, Cooper et ses collègues empruntent le trou de ver pour
accéder à l’autre univers.
On y découvre un monde où les planètes tournent autour d’un immense TN appelé
Gargantua.
Ils vont explorer ces trois planètes (une grande partie du film) une par une,
mais pour permettre à la fille de Brand de rejoindre la dernière planète, il se
sacrifie en partant avec sa capsule, et se précipite dans le TN.
Là cela devient complexe, mêlant science-fiction, émotions fortes et concepts
scientifiques avancés.
Il se trouve dans un espace baptisé « tesseract », une structure
multidimensionnelle créée par des êtres avancés.
Ça devient compliqué Cooper peut communiquer avec sa fille ce qui lui permet
d’envoyer les données nécessaires au centre spatial pour finaliser la fameuse
équation. Et c’est elle qui la met au point, elle est devenue une grande
scientifique. L’humanité est sauvée.
Cooper part rejoindre la fille de Brand sur la fameuse planète habitable.
Voilà pour l’introduction.
LES TROUS NOIRS.
Ensuite on se penche sur les principales caractéristiques des Trous Noirs, trous
noirs auxquels Einstein ne croyait pas.
Les TN sont les objets les plus simples de la nature.
Il existe différentes catégories de TN :
·
Les trous noirs
primordiaux (ou mini trous noirs), crées au moment du BB. (spéculatif
pour le moment)
·
Les trous noirs
stellaires correspondent à l'effondrement d'étoiles massives après la
phase super nova.(entre 3 et 100Ms)
·
Les trous noirs
intermédiaires. (inférieur à 100.000Ms)
·
Les trous noirs super
massifs qui siègent au centre des galaxies. (de l'ordre du million de Ms)
Mais au-dessus de tout cela, un trou noir peut être statique (TN de
Schwarzschild) ou en rotation (TN de Kerr).
Ce type de TN est défini par 2 paramètres, masse, moment cinétique mais pas de
charge.
On pense que c'est le plus "commun" des trous noirs (si jamais un TN peut être
commun !).
Dans Interstellar, Gargantua est un trou noir de Kerr
·
supermassif : 100 millions de masses solaires
·
en rotation ultra-rapide : spin = 0,99999999
Il faut dissiper quelques fausses idées :
·
Un TN n’est pas forcément petit
·
Un TN n’est pas forcément dense
·
Un TN n’est pas forcément singulier
Revoyons ces points en détail :
Taille des TN :
Suivant qu’ils sont stellaires ou super massifs, leurs masses peuvent aller de
quelques masses solaires à des millions de masses solaires. Le plus massif des
TN actuels : TON 618,
situé au centre d’un quasar extrêmement lumineux,
66 milliards de
masses solaires !!!
Densité des TN :
Ils ne sont pas forcément très denses, en fait ça dépend de leur masse, un TN
stellaire aurait une « densité énorme de quelques 100 millions de t/cm3,
alors qu’un TNSM aurait une « densité très faible similaire à la densité de
l’air !!
D’où la règle :
Masse du TN élevé -à
densité faible
Masse du TN faible -à
densité énorme.
Pour info : La densité
moyenne diminue avec le carré de la masse.
La singularité des TN :
Non, tous les trous noirs n’ont pas nécessairement une singularité au sens
strict, ou du moins pas une singularité "classique" comme la relativité générale
la décrit.
Trouvé sur le Net : À très petites échelles (proches de la singularité), les
effets quantiques deviennent cruciaux.
Ces effets pourraient "adoucir" ou supprimer la singularité, par exemple.
Bref il existe des trous noirs de toute taille et de toute masse !
LE TROU NOIR D’INTERSTELLAR.
C’est un TN super massif en rotation ultra rapide.
Il induit donc des :
·
Distorsions de l’espace-temps :
dues aux forts effets de marée, comme le montrait l’énorme vague tsunami sur la
planète « Miller ».
·
Distorsions temporelles :
ce fut le cas lors de la visite de quelques heures de la planète « Miller », si
proche du TN, que cela a correspondu à près de 7 ans pour le collègue attendant
dans le vaisseau spatial ! de même quand Cooper revient de cette première
mission sa fille a plus de 30 ans.
Les
vues d’artiste
de trou noir diffusées dans le public sont fausses d’après JPL.
Néanmoins
l’affiche du film
est presque correcte pour la représentation du TN, il ne manque que l’effet
Doppler.
|
|
La première image théorique d’un trou noir est le fait de notre
conférencier en 1979, elle a été publiée dans Astronomy &
Astrophysics.
Un scoop révélé par JP Luminet,
ce dessin n’est pas tracé à l’aide d’un ordinateur, il n’y en avait
pas de si puissant à cette époque, mais à la main au crayon par JPL
himself !
Captures d’écran.
|
|
|
·
L’image du dessus du TN
·
L’ombre du TN
·
L’anneau de photons
·
L’effet Doppler
Quelques explications.
Sur l’anneau de photons : c’est un disque brillant de photons autour de
l’horizon des évènements, (photon ring), il est généralement situé approx à 2R
du centre si R est le rayon de l’horizon. Entre les deux, on a l’ombre du trou
noir.
Sur l’effet Doppler, relativiste et gravitationnel. Le côté du disque en
rotation vers l’observateur est plus lumineux et le côté qui s’éloigne moins
lumineux.
Signalons que ce film a fait l’objet d’un contrôle technique de la part du
célèbre cosmologiste
Kip Thorn,
prix Nobel de physique en 2017. C’est un ami de JP Luminet, ils se sont
consultés pour ce film.
On ne pensait jamais pouvoir « imager » un trou noir, eh bien cela a été fait
tout d’abord avec
celui de M 87
(2029) puis plus tard avec
le nôtre Sag A*.
(2022).
Cela n’a été possible qu’en mettant en réseau un grand nombre de
radiotélescopes, forment le Consortium EHT : Event Horizon Telescope.
Qui y-a-t-il au fond d’un trou noir ? Les trous de ver.
Le pont d'Einstein-Rosen (ER Bridges), aussi appelé plus communément trou de
ver, est un concept théorique issu de la relativité générale, proposé en 1935
par Albert Einstein et son collaborateur Nathan Rosen.
C’’est une solution mathématique aux équations de la RG qui relie deux régions
distinctes de l’espace-temps via un "pont" gravitationnel. Un « tunnel » entre
deux points distincts de l’Univers.
Mais à priori les trous de ver ne seraient pas traversables (on ne sait pas en
fait car on n’a pas essayé !).
On imagine que ce phénomène est utilisé fréquemment dans la science-fiction, et
c’est le cas avec le film en discussion.
Illustration crédit : NASA Domaine public.
Et ce trou de ver joue un rôle essentiel dans le film,
il permet de joindre l’autre monde, une autre galaxie, où plusieurs planètes
sont en orbite autour d’un trou noir nommé Gargantua.
Il serait « artificiel » et implanté là pour aider l’humanité !!!
On reprend le cours du film ; une fois atteinte la deuxième planète (planète
Mann inhospitalière), pour atteindre la troisième (Edmunds), l’équipage doit
sacrifier une grande partie de leur énergie et affronter les effets extrêmes du
trou noir Gargantua. Ils n’ont plus assez de carburant, il faut trouver un truc.
Cooper a une idée : utiliser l’assistance gravitationnelle du TN géant mais il
faut alléger le vaisseau.
Cooper se sacrifie en se jetant avec une navette dans le TN. Sa co-équipière
peut ainsi rejoindre la planète Edmunds.
À partir de là, cela devient un peu confus, Cooper se retrouve après avoir
franchi l’horizon des évènements dans une cinquième dimension appelé « tesseract ».
Tesseract ou hypercube, pour avoir des infos à ce sujet j’ai fait appel à l’IA,
voici ce qui est proposé :
Le tesseract
est une représentation visuelle et physique d’un espace à 5 dimensions,
construite par des êtres avancés (probablement les humains du futur), pour que
Cooper puisse interagir avec le passé.
Il s’agit en quelque sorte d’un endroit hors du temps, à l’intérieur du trou
noir Gargantua, où le
temps devient une dimension que l’on peut explorer comme l’espace.
Dans le film :
Cooper voit la chambre de sa fille Murphy, à différents moments du temps. Il
peut « interagir » avec la gravité, qui passe à travers le temps. Il l’utilise
pour envoyer un message dans le passé à Murphy, en manipulant les aiguilles de
sa montre.
Celle-ci décode le message et ainsi résout l’équation ultime permettant de
sauver l’humanité.
Après toutes ces explications, je vous propose de revoir le film, je suis sûr
que vous comprendrez presque tout maintenant.
Merci Jean Pierre Luminet.
POUR ALLER PLUS LOIN :
les Trous noirs Aca des sc 13 fev 2018
Les trous noirs de Kerr :
CR de la conférence de J Fric à la SAF le 20 Sept 2008
Trous Noirs :
La NASA à la manœuvre !
Trou noir : Celui
de M 87 en HD !
Le pont d'Einstein-Rosen et les trous de ver de Wheeler-Misner
L'équation du trou de ver d'Interstellar aurait été trouvée !
à lire
Quelques ouvrages de JPL sur les TN :
Destin de l'univers, trous noirs et énergie sombre
Les Trous Noirs en 100 questions
Voyager dans un TN avec Interstellar
Corps célestes insolites
Bon ciel à tous
Prochaine conférence SAF. : le mercredi 10 Sept 2025
(CNAM amphi déterminé quelques jours avant)
19 H avec Clotilde LAIGLE
Astrophysicienne Paris VI sur
« LE
TÉLESCOPE EUCLID À LA CONQUÊTE DE L'UNIVERS SOMBRE :
PLONGÉE AU CŒUR DE TOILE COSMIQUE
»
Réservation comme d’habitude à
partir du 10 Août 9h00 ou à la SAF directement.
La suivante : le 15 Oct avec un sujet sur Pharao, une horloge atomique dans
l’espace
Bon ciel à tous !
Jean Pierre
Martin
Abonnez-vous aux astronews
du site en envoyant votre e-mail.
