Mise à jour 20 Sept 2024.
CONFÉRENCE MENSUELLE
D’Alain RIAZELO astrophysicien IAP
« DERNIÈRES NOUVELLES DES TROUS NOIRS »
Organisée par la SAF
En présence du public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF
Le Mercredi 11 Septembre 2024 à 19H00
Photos : JCB et TM, 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 : TN Riazu-SAF2024.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent aussi me
contacter avant..
La vidéo de la réunion est accessible à cet URL :
https://youtu.be/KW84BmBgNXw
Tous les autres enregistrements des conférences mensuelles sont accessibles sur
la playlist des conférences mensuelles
d’Astronomie de notre chaine YouTube SAF.
Nous étions approx 120 dans la salle et 201 à distance.
Formation : École Polytechnique.
Chargé de recherches au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
depuis 2003
Ses principaux sujets de recherche :
Alain a publié de nombreux ouvrages, notamment :
Les trous noirs A la poursuite de
l'invisible Éditeur : De Boeck
Plan de sa présentation :
QU’EST-CE QU’UN TROU NOIR ?
Le concept de trou noir est basé sur la notion de vitesse de libération.
(d’après une de mes présentations précédents) :
Un corps (Terre, lune etc..) de masse m tourne autour d’un autre corps de rayon
R de masse M (Soleil, Terre, etc) à la distance d (= 2r) sur une trajectoire
supposée circulaire en équilibre sous l'action de deux forces :
F1 : Force de gravitation universelle (attraction)
F2 : Force centrifuge due à la rotation (répulsion)
Ces deux forces s’équilibrent.
De
cette égalité on en déduit la vitesse du corps en orbite (altitude r par
exemple) :
Pour r= 0, c’est la vitesse minimale pour rester en orbite autour de M est la
vitesse à l'altitude zéro soit V0.
C'est ce qu'on appelle la vitesse de satellisation, c'est la vitesse minimale
que doit atteindre la navette spatiale pour se mettre en orbite par exemple.
(7,8 km/s pour la Terre)
Et
si on veut quitter le système solaire, c’est la deuxième vitesse de libération
qui peut aussi se calculer, là voici.
11,2 km/s pour la Terre.
Plus l'astre est petit, plus la vitesse de libération est faible ; plus la masse
est grande, plus la vitesse de libération est grande.
Pour une masse donnée, le rayon peut devenir aussi petit de telle sorte que la
vitesse de libération atteigne la vitesse de la lumière ; on a alors un trou
noir.
Par exemple la vitesse de libération à la surface du Soleil est de 600 km/s.
Justement, au XVIIIème siècle l'Anglais John Michell et le Français Pierre Simon
de Laplace se sont intéressés au concept de vitesse de libération de la théorie
de Newton sur la gravitation.
Ils se demandèrent ce qui pouvait se passer si l'astre devenant si petit et si
dense, la vitesse de libération atteignait la vitesse de la lumière.
Ils en conclurent
(incroyable pour l’époque !) que rien ne pouvait plus s'échapper et notamment la
lumière.
Ce fut l'acte de naissance du concept de trou noir.
On sait à notre époque que de tels trous noirs existent
COMMENT SE FORMENT LES TROUS NOIRS.
Il existe (au moins ?) deux sortes de trous noirs :
On pense qu’il existe deux autres types de TN :
Les TN stellaires sont en partie l’aboutissement de la fin des étoiles massives
en supernova.
Pour information on a eu la chance de photographier la SN 1987A juste avant et
juste après l’explosion.
On constate en moyenne 1 à 2 SN par siècle et par galaxie.
On a eu la chance de pouvoir ce que l’on a identifié comme étant des SN depuis :
185, 386, 393, 1006, 1054, 1181, 1572, 1604, ?
https://www.youtube.com/shorts/u_gggKHvfGw?feature=share
En ce qui concerne notre propre Galaxie, on a pu identifier et imager notre TN
massifs (4 millions de masses solaires) sur cette animation que je ne me lasse
pas d’admirer.
Notre TN est très gentil, il est situé dans la constellation du Sagittaire et
s’appelle Sgr A*. il est caché par la poussière galactique, mais on le détecte
en étudiant les mouvements des étoiles proche de lui, elles tournent autour de
quelque chose d’invisible : ce ne peut être qu’un trou noir. Les lois de Kepler
sur le la mesure des orbites de ces étoiles nous donnent une idée de sa masse :
quelques millions de masses solaire seulement.
On (les gens du VLT et de max Planck) a eu l’idée d’étudier pendant plus de 15
ans le mouvement de ces étoiles et cela a donné un film qui n’est pas une
animation, je le répète à chaque fois.
Cela a donné lieu à un prix Nobel de physique en 2020.
Le voici, mais trop gourmand en MB aussi voici l’URL : http://www.icc.dur.ac.uk/~tt/Lectures/Galaxies/AGN/MPE/images/movie2003.gif
Par contre on peut le voir sur YouTube
VOIR ET ENTENDRE LES TROUS NOIRS.
Un TN est petit, loin et donc difficile à observer.
Par exemple :
Notre TNSM : Sgr A* : M
∼
4.1
×
106 MSoleil, D
∼
26 000 al,
θ
∼
50
µas
(un pamplemousse sur la Lune !)
Le TNSM de M 87 : M
∼
6.5
×
109 MSoleil, D
∼
53 000 000 al,
θ
∼
40
µas
Le TN de M87 est 1500 fois plus massif que le nôtre mais 2000 fois plus loin
seulement, il est donc plus facile à imager, et c’est justement par celui là que
l’on a commencé.
Mais à la vue des distances et tailles, ces observations n’ont été possibles
qu’en ondes radio et
encore en les combinant par
interférométrie.
En effet le pouvoir de résolution d’un télescope (ou d’une combinaison de
télescopes) est R =
L
/ L
Si la longueur d’onde en radio est grande, la distance en interférométrie peut
être de la taille de la Terre, donc la résolution devient intéressante.
C’est le cas du radio télescope mondial EHT :
Event
Horizon Telescope
Les informations de ces divers observatoires correspondent ainsi à un
observatoire virtuel gigantesque de la
taille de notre planète.
Alors que voit-on ?
On voit l’image du TN super massif situé au centre de la galaxie M87 (amas de la
Vierge) à approximativement 50 millions d’années-lumière de la Terre. Ce trou
noir géant est plus de 1000 fois plus imposant que le nôtre (celui de Sag A*)
puisque sa masse est évaluée à 6,5 milliards de fois celle de notre Soleil.
Au
centre de l’image, le trou noir, autour son disque d’accrétion, car il est en
plein repas, il mange les étoiles autour de lui, ce qui lui fait émettre de la
lumière.
En fait la partie noire correspond à ce que l’on appelle l’ombre du TN, elle est
plus grande que le TN lui-même (2,5 fois plus grande théoriquement), l’horizon
des évènements est donc à l’intérieur sur un cercle approx. 2,5 fois plus petit
que l’ombre.
Crédit : EHT Collaboration.
L’horizon des évènements (la limite noire du TN) mesure approximativement 40
milliards de km de diamètre.
Signalons que cette image est très ressemblante à
la simulation faite, il y a maintenant de nombreuses années par notre
ami le célèbre JP
Luminet.
Ensuite on s’est intéressé trois ans plus tard, à notre TN, Sag A*, voici son
image.
Image du trou noir géant Sagittarius A* situé au centre de la Voie lactée.
Crédit : EHT Collab.
Évidemment, le trou noir lui-même n’est pas visible (définition du TN !) ce que
l’on voit c’est la matière en train de se faire avaler par celui-ci. Elle forme
le disque d’accrétion autour du TN.
Notre TN est bien plus proche que celui de M87 déjà imagé, mais il est aussi
beaucoup plus petit (4 Millions de masses solaires contre 6 milliards !) et plus
difficile à étudier.
Mais on peut aussi
« entendre » les trous noirs, c’est ce qui
est arrivé lors des premières découvertes d’ondes gravitationnelles, lorsque
deux trous noirs ont fusionné en un immense TN.
CE QUI SE PASSE PRÈS D’UN TROU NOIR.
Théoriquement on ne pourra jamais aller près d’un TN, sauf dans les films
(Interstellar par ex), pourquoi ?
Voici une animation de
ce que verrait un observateur passant au voisinage d'un trou noir
https://www2.iap.fr/users/riazuelo/interstellar/VID/circ3004fw.mp4
Elle est sous license CC-BY-SA 3.0, et peut à ce titre etre utiliséée librement,
avec mention du crédit idoine, à savoir « A. Riazuelo, IAP/UPMC/CNRS ».
POUR ALLER PLUS LOIN :
Les Trous Noirs : CR de la conf SAF
(Cosmologie) de B Crinquand du 10 dec 2022
Les trous noirs quantiques : CR de la conf
SAF (cosmologie) de P Vanhove du 13 Oct 2018
Trous noirs et OG : CR conf SAF
(Cosmologie) de N Deruelle du 30 Sept 2017
Les trous noirs super massifs : CR conf SAF
de Suzy Collin en commission de cosmo du 6 Mars 2010
Les Trous Noirs en astro : CR de la conf
débat de l’Acad. Des Sciences du 13 Février 2018
Trou noir : C’est le nôtre cette
fois-ci ! (16/06/2022)
Il y a du Nobel dans l’air : Les ondes
gravitationnelles sont mises en évidence. (11/02/2016)
Les Ondes Gravitationnelles : CR de la conf
SAF (Cosmologie) d’O. Laurent du 14 Avril 2018.
Trous noirs et ondes gravitationnelles : CR
conf SAF d’Éric Gourgoulhon du 10 Fev 2016
Bon ciel à tous
Prochaine conférence SAF. : le mercredi 16 Octobre 2024
(CNAM) 19 H
avec Daniel
KUNTH Astrophysicien
IAP
sur « L’UNIVERS
EST-IL ÉCOLOGIQUE ? »
Réservation comme d’habitude à
partir du 12 Sept 9h00 ou à la SAF directement.
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Bon ciel à tous !
Jean Pierre
Martin
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