Cosmo Trou noir D Elbaz du 24 sept 2016

Mise à jour le 4 Octobre 2016

CONFÉRENCE DE DAVID ELBAZ

Dir. de Recherches au CEA-Saclay/DSM/DAPNIA/Service d’Astrophysique

«HABITONS-NOUS UN TROU NOIR ?
Et pourquoi devrions-nous nous en soucier ?»

Organisée par la SAF

Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris XVI

Le Samedi 24 Septembre 2016 à 15H00
à l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie.

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 si nécessaire

~~(Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le~~ ~~site de la commission~~ ~~et également disponible~~ ~~sur ma liaison ftp~~ ~~au téléchargement et s'appelle. PAS ENCORE DISPO elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la saison 2016-2016).~~

~~Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent~~ ~~me contacter avant~~.

Pour info les actualités cosmo présentées ce jour là sont aussi disponibles sur le site de la commission.

BREF COMPTE RENDU

Le sujet étant complexe et mon voisin Thierry Midavaine ayant pris plus de notes que moi, je lui ai demandé de rédiger en grande partie ce compte rendu.

Un grand merci à lui pour son travail

Les trous noirs sont partout.

Est-ce que l’Univers est un trou noir ?

C’est une question embarrassante pour la plupart des cosmologistes et des astrophysiciens.

Elle suscite aujourd’hui des interrogations légitimes et peut elle se concilier avec le modèle standard et des difficultés qu’il rencontre.

Le Big Bang présente une singularité mathématique comme un trou noir.

La mémoire de l’Univers disparait.

Au centre d’un trou noir, l’énergie est infinie, mais autour du vide quantique, l’énergie est aussi infinie.

La gravité, bien que modélisée de manière analytique par Newton, restait magique à ses yeux.

Comment les masses peuvent-elles s’influencer à distance ?

Albert Einstein l’expliquera par la Relativité Générale comme une action locale d’un changement de la métrique et du temps.

Newton également expliquera la stabilité de l’Univers par sa dimension infinie permettant d’équilibrer l’attraction de toutes les masses entre elles. Toutefois un tel modèle est instable, une simple attraction locale entre quelques masses provoque une augmentation de densité locale qui entraine ensuite un effondrement général.

Cette question de l’instabilité de l’Univers sera posée par Georges Lemaitre à Albert Einstein.

Les trous noirs : le premier concept d’étoile noire remonte à la fin du XVIII eme siècle introduit par John Michel et Pierre-Simon de Laplace. Quelques ordres de grandeurs pour devenir un trou noir le Soleil devrait avoir un rayon de 3km, la Terre un rayon de 0,88cm. La vitesse de libération à la surface de la Terre est de 11,2km/s. La vitesse de libération V s’écrit :

Avec G constante de gravitation, M la Masse du corps dans r son rayon.

V = c : Est le critère de définition d’un trou noir.

Les trous noirs ne sont pas forcément des tueurs (effet spaghetti décrit par Stephen Hawking), c’est une question de densité ou plus précisément de gradient de densité.

Le critère de dangerosité est la Masse contenue dans un rayon donné.

Comme nous l’avons vu un trou noir est défini par une masse pour un certain rayon.

Nous pouvons donc avoir des trous noirs avec des faibles densités et de grand rayon.

Par exemple le TN de notre Voie Lactée (4 millions de masse solaire, quelques dizaines de millions de km de diamètre), n’est pas dangereux, on pourrait le traverser sans risque ; par contre un TN stellaire dont la taille est énormément plus petite (quelques km) et « pèse » quelques masses solaires seulement, mais possède une gravité de 200 milliards de g, l’effet spaghetti est garanti !

Effet de la gravité autour du TN central de notre Galaxie : animation des étoiles centrales.

Nous pouvons regrouper les trous noirs en différentes classes :

· Les trous noirs super massifs ou galactiques

· Les trous noirs intermédiaires

· Les trous noirs stellaires

· Les micro-trous noirs primordiaux de masse de l’ordre de 10µg, nés des fluctuations primordiales après le BB

L’Univers serait rempli de micro TN qui se seraient effondrés sous l’effet de la gravité et des fluctuations du vide quantique dans l’Univers primordial.

Les trous noirs de masse inférieure à 1 Gtonnes s’évaporent en finissant leur vie en explosant et en libérant un rayonnement γ. L’absence d’un tel rayonnement dans le fond cosmologique doit nous faire suspecter de l’absence de cette classe de trou noir au moins au début de l’Univers. Le satellite Planck montre de plus qu’il n’y a pas de fluctuation de densité sur des échelles de l’ordre de 20MAL. Toutefois les observations de Planck ne permettent pas de descendre dans les petites échelles.

C’est S Hawking qui émit cette hypothèse en 1974.

Pouvons-nous avoir un trou noir à l’échelle de l’Univers ?

Avec la densité du milieu interstellaire de 1 atome/cm³ la dimension du trou noir serait de 300 fois la taille de la Voie Lactée.

Donc notre galaxie même en considérant sa matière noire est trop petite pour constituer un trou noir.

Avec la densité du milieu intergalactique de ¼ atome/cm³, il faudrait un rayon de 65 milliards d’années lumière pour atteindre le seuil du trou noir. C’est possible !

En effet l’âge de l’Univers et sa vitesse d’expansion conduit à considérer à estimer des dimensions de l’Univers actuel un peu supérieure.

Quant au milieu intergalactique, en tenant compte de la présence de matière noire, sa densité est de l’ordre de 1,65 atomes/cm³.

Il faudrait alors un rayon de 25 milliards d’années lumière pour atteindre le seuil d’un TN.

Pendant que la lumière voyage, l’Univers se dilate, si bien que notre limite de vue s’éloigne de plus en plus.

Sa limite de 13,8 milliards d’années (TEMPS) (horizon cosmologique, date du BB) depuis l’origine se trouve en fait en DISTANCE vers les 45 milliards d’année lumière (limite de l’Univers observable).

Évolution de l’Univers sur un temps cosmique.

Décélération au début, puis accélération de l’expansion depuis 6,5Gans.

L’énergie noire prend une part de plus en plus importante dans la composition de l’Univers comme on le voit sur cette slide.

Informations et trou noir. Habitons-nous un trou noir ?

John Wheeler, Jacob Bekenstein, Stephen Hawking, Ted Jacobson, Thanu Padmanabhan, Gerard Hooft apportent des contributions importantes sur le sujet des constituants de l’Univers : les particules, les champs, l’information, l’entropie à la surface d’un trou noir, sa température, son évaporation, l’échelle d’émergence de la gravité (1mm).

Cette notion d’émergence de la gravité est intéressante, il se pourrait que la gravité n’ai pas été présente au début de l’Univers et ait « émergé » à un moment. Elle ne serait pas une interaction fondamentale.

D’où la notion de gravité émergente.

S Hawking et ses collègues ont montré que la quantité d’informations absorbées par un TN est proportionnelle à la surface de son horizon. Ce qui a pour conséquence de signifier que les informations contenues dans le volume du TN sont contenues sur …sa surface. C’est le principe d’un hologramme !

L’horizon d’un TN serait un hologramme. Tout ce sui se passe à l’intérieur se retrouverait sur sa surface. C’est ce que l’on va appeler le principe holographique (Hooft et Susskind).

Peut être est-on la représentation 2D d’un univers 3D situé dans un trou noir ?

L’Univers a d’ailleurs, d’après D Elbaz, des propriétés analogues à celles d’un trou noir, alors….est-on bien dans un trou noir ?

Qu’en pensez-vous ?

En conclusion il est difficile aujourd’hui de trancher si oui ou non nous sommes dans un trou noir. Cette hypothèse permet de résoudre et d’expliquer la présence d’un horizon avec un rayon de 45 GAL qui a son origine à 13,8 milliard d’année.