Chers poissons rouges,
Après quelques notions de relativité générale exposées lors de précédents articles, nous voilà enfin prêts à prendre connaissance de ces objets cosmiques qui intriguent et que tous les poissons rouges ont entendu parler. Ma priorité sera de vous apporter j’espère quelques informations complémentaires, parfois surprenantes et parfois rectificatives, à ce que vous savez déjà. Certains médias ont présenté ces objets de manière incomplète, parfois erronée, ou ont tout simplement fait l’impasse sur les dernières découvertes, se focalisant uniquement sur les photos réalisées en avril 2019 et en mai 2022, et hormis cela depuis « silence radio » …
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Que savez-vous des trous noirs hormis le fait que ce sont des objets ou des régions de l’espace (à chaque astrophysicien son appellation) où l’attraction gravitationnelle est extrême voire infinie et d’où rien ne peut s’échapper, même pas la lumière ?
Pour la plupart d’entre vous cela s’arrête là…
Et pourtant, lors de ces deux ou trois dernières décennies, des progrès énormes ont été réalisés dans la compréhension de ces astres cosmiques et ces thèmes feront l’objet d’articles à venir : coalescence (fusion, collision) de trous noirs et ondes gravitationnelles (les rides de l’espace-temps), évaporation des trous noirs, trous noirs vagabonds, trous noirs dormants, trous noirs et gravité quantique, trous noirs super massifs, trous noirs et perte ou conservation de l’information (super translations) …Que devient ce qui « tombe » dans un trou noir ? Existence de trous blancs et passages vers un autre univers ?
PRG souhaite donc vous en dire plus et apporter des réponses …avec ci-dessous un premier article de présentation basique !
Mais sachez d’ores et déjà qu’en matière de trous noirs chaque réponse sera une question ! désolé…mais l’absurdité apparente du monde nous est imposée par Dame Nature.
Qu’en est-il exactement ?
Petit retour en arrière …
Cet article commence par une plaisanterie !!!
Peut-être par la dénonciation d’une FAKE NEW … Lors de la diffusion mondiale des photos de deux trous noirs (en 2019 et 2022) …
Pourquoi « peut-être » ???
Les photos étaient-elles inexistantes ? des montages en laboratoires ? Une tricherie ?
Certains poissons rouges pensent que PRG « va nous la faire » comme cela a été le cas de certains sceptiques pour APOLLO 11 et ARMSTRONG sur la lune en juillet 1969, en prétextant la fausseté de ces images …
Et bien non ; pourquoi ?
Parce que PRG est tout simplement et sûrement un des seuls à penser que la première photo d’un trou noir publiée en avril 2019 puis celle publiée en mai 2022 ne pouvaient pas être les photos de trous noirs puisque par définition le trou noir est noir et donc optiquement invisible !
Balivernes, me direz-vous ? Non, simplement du bon sens …
Ce qui a été vu est ce que l’on appelle le DISQUE D’ACCRETION constitué par les étoiles et les nuages de gaz avoisinants, attirés par la masse extrêmement élevée et puissante du trou noir. En effet, le champ gravitationnel est si intense qu’aucun rayonnement ne peut en échapper et l’aire (géométrique) du trou noir appelé HORIZON DES EVENEMENTS n’est à ce jour pas visible.
Ci-dessous
« Photo » du disque d’accrétion du trou noir super massif de MESSIER 87 (amas de la vierge) à environ 50 millions d’AL. (2019)
Monstre cosmique de 6.5 milliards de fois plus massif que notre soleil !!!
e la galaxie M87 dévoilée par la collaboration EHT le 10
Ci-dessous
« Photo » du disque d’accrétion du trou noir de notre galaxie La voie lactée à environ 27 000 AL (2022).
Dénommé SAGITTARIUS A* (Sgr A*), SAGITTARIUS A ETOILE.
4,3 millions de masses solaires environ.
Crédit photo CNRS
UN PEU D’HISTOIRE
Curieusement, l’histoire des trous noirs a débuté au 18ème siècle à partir de quelques interrogations sur d’une part l’attraction terrestre, et d’autre part, sur la véritable nature de la lumière.
Deux scientifiques, l’un français P. SIMON DE LAPLACE et l’autre anglais J. MICHELL, s’appuyant sur les théories de NEWTON, eurent l’idée lors des décennies 1780 et 1790, de se demander si la lumière, supposée de nature corpusculaire à cette époque, pourrait s’échapper d’un corps très massif et donc être influencée par la gravité.
P. SIMON DE LAPLACE. Crédit photo LAROUSSE
J. MICHELL. Crédit photo PG ASTRONOMIE
Autrement dit, leur théorie partait du constat que de manière similaire au comportement d’un objet qui, lancé à une vitesse très élevée depuis la terre, celui-ci finirait par ne pas retomber, il devait exister pour chaque astre une vitesse appelée VITESSE DE LIBERATION, dépendant de son rayon et de sa masse et permettant à la lumière de vaincre l’attraction terrestre et de se libérer de la gravité.
La vitesse de la lumière étant finie, la question était pertinente mais l’utilité du raisonnement s’avéra limitée et la question de l’existence d’astres ayant une vitesse de libération supérieure à la vitesse de la lumière se posa.
Rien ne permettait de penser que de tels objets ne pouvaient pas exister dans la nature. La théorie donc prédisait qu’un astre extrêmement massif devait disposer d’une vitesse de libération supérieure à la vitesse de la lumière. Ils fournirent ainsi à la communauté scientifique les calculs simples qui se résumaient ainsi :
Si le rayon d’un astre en kilomètres est inférieur à trois fois sa masse, la lumière ne devait pas pouvoir s’en échapper.
La masse envisagée pour cet astre devait dépasser l’entendement certes, mais cette masse devait tendre vers l’infini avec la pression du propre poids de l’astre. Ainsi grâce à P. SIMON DE LAPLACE, les « ASTRES OCCLUS » comme il les appela étaient nés mais tombèrent vite dans l’oubli puisque leur vitesse de libération les rendrait invisibles et que l’on ne les verrait jamais. Par ailleurs, les scientifiques étaient sceptiques sur les possibilités d’existence de ces objets et la démonstration de P. SIMON DE LAPLACE sembla fantaisiste.
Il fallut attendre les théories d’ALBERT et notamment la théorie de la RELATIVITE GENERALE de 1915 pour voir émerger une nouvelle fois l’idée de trous noirs.
PRG : « il en va des théories comme de la pêche : seul celui qui lance risque d’attraper quelque chose »
RAPPEL : Dans cette théorie, la gravitation, comme j’ai déjà pu le préciser dans d’autres articles, est une propriété de l’espace dont la structure est modifiée par la présence de matière. L’espace et le temps ne sont plus des entités absolues mais des structures souples déformées par la matière.
PRG : « c’est la matière qui donne la forme de l’univers et c’est l’univers qui donne la trajectoire à la matière »
PRG ne rentrera pas dans la complexité des équations de la relativité générale dans cet article, mais ALBERT doutait de ses propres équations et ne trouvait pas de solutions exactes à ses équations.
Mais un brillant physicien allemand dénommé KARL SCHWARZSCHILD trouva fin 1915, une solution partielle aux équations d’ALBERT, appelée « métrique » pour une masse immobile sphérique et sans charge électrique. Celle-ci est la première solution exacte à l’équation du champ gravitationnel. Mais ALBERT contestera… pour lui cela n’avait aucun sens physique.
Un autre évènement majeur dans la connaissance de ces astres intervint à la fin des années 1920, ou un physicien indien SUBRAHMANYAN CHANDRASEKHAR, démontre, qu’AU DELA D’UNE CERTAINE MASSE, un objet qui ne connait pas de réactions nucléaires s’effondre sur lui-même sous l’effet de sa propre gravité, car rien ne peut contrarier l’effet de la gravitation.
Malgré cela, ALBERT doutera encore en affirmant en 1939 que la matière formant les étoiles ne pouvait, sous l’effet de la gravité, être compressée au-delà d’un certain point ni se concentrer arbitrairement !
La même année, l’américain ROBERT OPPENHEIMER et d’autres physiciens se penchent sur la question des trous noirs et démontrent qu’une étoile uniforme sphérique et symétrique ne peut se maintenir grâce à sa pression interne et se contractera jusqu’à un point d’une densité infinie appelée singularité. Malheureusement ce physicien quelque fois appelé « père des trous noirs » ne pourra poursuivre ses travaux dans ce domaine car, appelé par l’armée américaine en 1943, il deviendra directeur scientifique du projet « Manhattan » et célèbre malgré lui grâce à ses travaux sur la bombe atomique.
Karl Schwarzschild a défini le premier, ce que l’on appelle aujourd’hui les trous noirs en proposant une façon surprenante de résoudre les équations de la relativité générale d’Einstein.
Crédit photo : ASTRONOO
S. CHANDRASEKHAR (Prix Nobel de physique en 1983).
Crédit photo WIKIPEDIA.
R. OPPENHEIMER
Crédit photo : WIKIPEDIA
Deuxième moitié du XXème siècle : la théorie des trous noirs prend forme !
L’ÂGE D’OR DE LA RELATIVITE GENERALE
Beaucoup de scientifiques partagent l’opinion plutôt négative d’ALBERT sur les dernières avancées et ce jusqu’aux années 1950, 1960, période pendant laquelle interviennent un physicien américain dénommé JOHN WHEELER d’une part, avec une présentation du « théorème de la calvitie » (seuls trois paramètres décrivent un trou noir : sa masse, sa charge électrique, et son moment cinétique soit sa rotation) et un mathématicien néo-zélandais ROY KERR qui va décrire l’espace-temps au voisinage d’un trou noir en rotation appelée « métrique de KERR ». En 1963.J. WHEELER deviendra célèbre avec sa métaphore : « black holes have no hair » « Un trou noir n’a pas de cheveux »
A La fin du XXème siècle, de nombreuses observations astrophysiques sont considérées comme contenant un trou noir, qu’ils soient stellaires ou aux cœurs de galaxies.
Le début du XXIème siècle verra aboutir la détection de trous noirs grâce à des interféromètres (LIGO et VIRGO) et la captation d’ondes gravitationnelles générés lorsque les trous noirs fusionnent, ondes gravitationnelles qui se comportent comme des vaguelettes dans la trame de l’espace-temps où celui-ci se contracte et se dilate à leurs passages.
PRG : On sait désormais que les trous noirs ne sont pas aussi noirs qu’on le dit et qu’ils ne sont pas « chauves » mais ont des « cheveux mous ».
Crédit photo : VIVREAULYCEE
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DESCRIPTION DES TROUS NOIRS
Le trou noir est incontestablement l’astre de plus emblématique du bestiaire de l’astrophysique. Qualifié d’ogre, de gargantua, de monstre cosmique, il fut, comme vu précédemment, une possibilité théorique avant d’être une réalité observée. En étant la plus spectaculaire conséquence de la relativité générale, il nous confirme qu’avec une masse fixée, il existe bien un rayon en dessous duquel la lumière et la matière ne peuvent s’échapper. Cette surface n’est pas matérialisée, s’appelle l’HORIZON et possède une frontière virtuelle dans l’espace-temps. On peut passer de l’extérieur à l’intérieur, mais l’inverse ne l’est pas.
PRG : Pourquoi Dame Nature a permis à des astres aussi bizarres de se former ?
Rappel du concept de base : Pour s’échapper de la surface d’une planète ou d’un astre, il faut une vitesse appelée vitesse de libération qui dépendra de la masse et du rayon de cet astre. A titre d’exemple une fusée doit atteindre une vitesse de 11.2 kilomètres par seconde pour quitter la terre. Cette vitesse de dépend pas de la propre masse de la fusée mais de celle du corps dont elle veut s’échapper et cela est valable pour tous les astres que ce soient des naines blanches, des étoiles à neutrons ou autres qui exigeraient des vitesses de libération extrêmement élevées mais toujours inférieures à la vitesse de la lumière qui est finie à 300 000 kilomètres / seconde. Une seule catégorie d’astres connait une situation contraire (et c’est là où PRG veut en venir), sont les trous noirs ou la vitesse de libération exigée doit être supérieure à la vitesse de la lumière pour s’en extraire, du fait de l’extrême masse de ces objets et l’extraction est évidemment impossible puisque rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière.
NOTA PRG reviendra plus tard sur les phénomènes à l’œuvre dans l’univers, mais sachez chers poissons rouges que ces phénomènes résultent d’un nombre limité de lois universelles ou fondamentales, dont certaines concernent la véritable nature de la lumière, corpusculaire et/ou ondulatoire et les raisons pour lesquelles rien ne peut dépasser sa vitesse dans le vide (appelée « célérité »).
Définition
S’il fallait aire le choix d’une définition, PRG citerait :
« Une région de l’espace où une concentration de masse – énergie s’est effondrée gravitationnellement et d’où rien ne peut s’échapper »
Mais si La relativité générale d’ALBERT, qui est LA THEORIE de la gravitation, permit à ALBERT et à SCHWARZSCHILD de prédire l’existence des TROUS NOIRS, c’est à WHEELER que revient une DEFINITION DESCRIPTIVE de celui-ci (du moins c’est celle que PRG a souhaité retenir) :
« Entité possédant une masse, une charge et une rotation »
Cette définition est une description simple et mathématique de l’objet et a permis de dire qu’un trou noir est « chauve » ou « qu’il n’a pas de poils » car il n’y avait pas d’autres caractéristiques physiques pour le décrire. Notons au passage, que c’est le même WHEELER qui a donné ce nom de « trou noir » à ces astres appelés jusque-là « étoiles figées » ou « astres occlus ». Quant à la calvitie supposée des trous noirs à la fin des années 1960, un éminent scientifique a démontré depuis que les trous noirs pourraient posséder d’autres propriétés appelées « cheveux quantiques » Cet éminent progrès est l’œuvre de STEPHEN HAWKING et PRG y reviendra ultérieurement.
Un prochain article (bocal averti) développera de façon approfondie ces trous noirs, qu’ils soient stellaires ou galactiques, et, selon leurs inventeurs, il sera abordé les différentes caractéristiques des trous noirs de SCHWARZSCHILD et de de ROY KERR.
Mais en attendant, quoi de mieux qu’un voyage galactique au plus proche d’un trou noir ?
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Si l’on approche d’un trou noir, que voit-on ? que se passe-t-il ?
Quand la réalité dépasse la fiction
Afin d’atteindre notre fameux trou noir, on se déplace tout au long du voyage sur la trame de l’espace – temps (où le temps et l’espace sont entremêlés et se comportent comme une toile élastique se déformant sous l’effet de la gravitation créée par la masse des objets cosmiques). Bien entendu, ceci est une supposition et une expérience de pensée car, à ce jour, les connaissances scientifiques et nos technologies ne nous permettent pas d’effectuer un tel voyage et d’atteindre des objets situés à des années-lumière.
Embarquement immédiat
Après un long voyage de quelques années-lumière donc (en distance pas en temps), nous arrivons à proximité du trou noir ! nous ne le voyons pas évidemment mais nous le repérons grâce au DISQUE D’ACCRETION composé de gaz, de poussières, d’étoiles et de planètes (exoplanètes appelées « blanètes ») tournoyant autour.
Sans trop nous approcher quand même, nous restons à distance et ce afin de ne pas franchir cette frontière invisible qui nous sépare non pas de la surface du trou noir (le trou noir n’a pas de surface) mais de la région intérieure de celui-ci. Nous savons que ce qui distingue l’intérieur de l’extérieur du trou noir est la possibilité ou non d’opérer un demi-tour et de lui échapper.
Mais rapidement, nous constatons que notre trajectoire est potentiellement déviée. On se trouve en orbite autour de ce puit gravitationnel, et nous savons qu’il faudra de plus en plus d’énergie et de vitesse pour rester en orbite.
Nous percevons d’ores et déjà cette attraction invraisemblable car notre trou noir fonctionne comme un siphon. Nous devons déployer une énergie de plus en plus grande pour maintenir notre orbite autour du trou noir, mais notre vitesse orbitale devient presque infinie et proche de la vitesse de la lumière. In fine, le coût énergétique de notre mise en orbite dépasse notre énergie de masse.
Nous avons essayé de ne pas nous approcher de la frontière virtuelle appelée :
HORIZON DES EVENEMENTS.
Crédit photos : FUTURA-SCIENCES
Cette « frontière » délimite la distance critique qui sépare deux destins : soit vous vous maintenez en orbite, soit vous passez cet horizon et vous plongez dans le trou noir. Attention car à l’approche de l’horizon des évènements, c’est un peu comme faire du canoë sur les chutes du NIAGARA : En amont, afin de ne pas être happé, il faut pagayer assez fort, mais passé une limite, le courant ayant augmenté à l’approche des chutes, aucun retour en arrière ne sera possible et vous aurez traversé l’horizon des évènements avec une gravité suffisamment puissante qui vous plongera dans le trou noir.
Préalablement, de l’extérieur du trou noir, il vous est impossible de dire ce qu’il y a à l’intérieur du trou noir : vous pouvez jeter votre téléviseur, vos bijoux, votre voisin, votre pire ennemi, vous ne saurez rien de leur sort, si ce n’est que vous assisterez à un étirement des objets et corps dans le sens de la longueur puisque la force gravitationnelle est plus intense à l’avant qu’à l’arrière, phénomène appelé « spaghettification ».
Spaghettification. Crédit photo : QUORA
MALHEUREUSEMENT
C’est ce qu’il nous arrive et nous sommes étirés et déchiquetés ….
Qu’est ce qui nous attend ?
Les « forces de marées » seront plus ou moins intenses selon la taille du trou noir et c’est comme si on suspendait une personne par les bras et lestait à ses pieds un milliard de fois son poids !!! AÏE AÏE AÏE ça fait mal …
Nous sommes désormais à l’intérieur du trou noir et sommes attirés vers le centre de l’astre. L’espace lui-même n’est pas statique mais tel un tapis roulant, il se déplace vers le centre, sans possibilité de le remonter à contre-courant. Le temps n’a plus de sens non plus tel que nous le connaissons, car nous ne sommes plus dans des points d’espace à chaque instant, mais dans un seul instant où l’univers cesse d’exister sans instant futur.
Le « centre » de l’astre est nommé SINGULARITE ; comme il a déjà été précisé, c’est là que la RELATIVITE GENERALE (physique de l’infiniment grand) « n’y comprend plus rien » et les équations d’ALBERT se perdent dans des infinis. L’idée géniale de HAWKING, puisque le trou noir n’a pas de poils (au risque de me répéter : on ne peut pas savoir de l’extérieur de qu’il y a à l’intérieur, c’est la raison pour laquelle il est chauve !), est d’avoir eu une approche selon la MECANIQUE QUANTIQUE soit l’extrêmement petit. Mais les deux physiques sont incompatibles, se tournent le dos, voire s’ignorent (un prochain article de PRG en expliquera les raisons). Jusqu’à la fin de ses jours ALBERT a essayé de comprendre les trous noirs avec, essentiellement, la physique de l’infiniment grand et a essayé d’unifier les deux grands pans de la physique, sans succès.
Et pourtant,
Les deux physiques semblent « cohabiter au sein des trous noirs » … Mais ça c’est une autre histoire et PRG y reviendra très prochainement !!!
En espérant que ce voyage vous a plu, mais je doute que vous me répondiez puisque vous avez été happé par le trou noir, et que rien ne peut en sortir, quoi que …ils s’évaporent…
PRG : Comprendre un jour prochain les trous noirs, c’est comprendre l’avènement de notre univers…
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PRG espère que cet article vous a permis de mieux comprendre la nature de ces objets et leurs histoires, ET VOUS INVITE à la lecture des prochains articles, compléments indispensables (bocal averti et bocal expert), en ayant à l’esprit qu’il vous sera présenté les principales et dernières mises à jour et découvertes à leurs égards.
Dans les prochains articles : aire du trou noir et entropie, singularité, radiation et température, rayonnement de HAWKING, trous noirs selon leurs tailles, quasars et trous noirs super massifs, trous noirs intermédiaires, primordiaux (?), trous noirs vagabonds, perte d’information et principe d’incertitude quantique, trou noir et apparition de l’univers etc.
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NOTES
Construction scientifique : On notera que la progression des connaissances est le fruit de scientifiques de nationalités diverses : américaine russe allemande britannique suisse indienne hollandaise française néozélandaise et autres ; bel exemple à méditer quand, actuellement, on subit, impuissants, les guerres actuelles. PRG : La science et la conquête spatiale unissent les êtres humains par-delà (ou au-delà) des frontières, des civilisations et des nationalités.
TROU NOIR DE SCHWARZSHILD : trou noir sans charge électrique et sans rotation
TROU NOIR DE KERR -NEWMAN trou noir avec charge électrique et rotation
TROU NOIR DE ROY KERR : trou noir en rotation (deux seules quantités importantes : la masse et la vitesse de rotation) solution décrivant tous les trous noirs de l’univers.
BLANETES : exoplanètes tournoyant autour d’un trou noir
EFFETS DE MAREE : amplitude des déformations d’un astre par la présence d’un ou plusieurs astres déformateurs. La lune et le soleil sont des astres déformateurs de la terre. Les effets de marée deviennent infinis à l’intérieur des trous noirs.
GRAVITATION DE NEWTON ET RELATIVITE GENERALE D’EINSTEIN :
NEWTON dit : « la lune a une trajectoire courbe dans l’espace plat qui entoure la terre »
EINSTEIN corrige : « la lune a une trajectoire la plus droite possible dans l’espace courbé par la présence de la terre ».
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« GOLDILOCKS EST A CONSOMMER AVEC PASSION OU MODERATION, COMME IL VOUS SIED… »
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