Mise à jour 19 Décembre 2022
CONFÉRENCE de Benjamin CRINQUAND
Astrophysicien en post doc à Princeton (USA)
« LES TROUS NOIRS
ASTROPHYSIQUES »
Organisée par la SAF
En direct du siège et par téléconférence
Le Samedi 10 Décembre 2022 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 et des animations.
Le conférencier a eu la gentillesse de nous
donner sa présentation, elle est disponible sur
ma liaison ftp et
se nomme :
CosmoSAF-PRES Crinquand.pdf,
qui se trouve dans le dossier
COSMOLOGIE-SAF/ saison 2022-2023.
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
Elle est aussi sur le
site
de la commission.
Les actualités
présentées
sont ici.
La vidéo se trouve ICI. Dans quelques jours,
le temps d’effectuer le montage.
Les enregistrements des commissions cosmologie
sont sur le site de la SAF/Cosmologie à l’adresse suivante :
https://www.youtube.com/playlist?list=PL78ug7UrzPF1GW7iMV42mAx34bmlk8HxD
Nous étions 22 dans la salle et 39 sur zoom.
Benjamin Crinquand est un astrophysicien qui a
passé sa thèse à l’IPAG (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de
Grenoble) sur la simulation des accélérations de particules dans la
magnétosphère des Trous Noirs super massifs.
Il est actuellement en post doc au département
des sciences astrophysiques de l’Université de Princeton dans le New Jersey
(près de New York).
Il était d’accord pour donner sa conférence
sur zoom pour la commission de cosmologie.
Il était donc présent à distance comme on le
voit sur cette photo de notre ami jean Marie Belloc.
C’était le premier zoom transatlantique de la
SAF et ce fut un grand succès !
Je démarre la réunion en rendant hommage à
notre camarade Xavier Colas de la Noue qui vient de disparaitre.
La présentation étant particulièrement claire
et détaillée, mon CR sera succinct.
ORIGINE DU CONCEPT.
Elle est bien connue de tous, en fait que
devient la lumière si la vitesse de libération sur un corps massif est égale à
la vitesse de la lumière : elle ne peut s’échapper, c’est un trou noir.
La vitesse de libération est connue.
V = 2GM/R
et si v= c on a
R = 2GM/c2
où R est le rayon du TN considéré.
Einstein établit les lois de la Relativité
Générale (RG) et c’est Karl Schwarzschild qui donne les premières solutions.
En son honneur, le rayon du TN sera appelé le
rayon de Schwarzschild (Rs).
Singularité au niveau du Rs : le temps se
figerait !
Tout corps suffisamment ramassé sur lui-même
peut devenir un TN, par exemple, le Soleil, s’il était ramené à une sphère de
3km de rayon avec la même masse deviendrait un trou noir.
Il serait invisible, mais sont attraction
gravitationnelle s’exercerait comme maintenant.
Les premières naines blanches ont été
découvertes dans les années 1910.
Les naines blanches, objets compacts,
correspondants à l’évolution d’étoiles de type solaires en fin de vie. C’est ce
qui attend notre Soleil. Mais toute étoile de type solaire ne peut pas devenir
un TN, il faut qu’elle soit très massive pour cela.
Exemple typique d’une naine blanche massive :
Sirius B compagnon de Sirius A.
C’est Chandrasekhar, astrophysicien d’origine
indienne, qui trouva la limite de masse d’une naine blanche et plus généralement
d’une étoile, pour qu’elle devienne un TN
Sa masse maxi doit être supérieure à 1,4 fois
la masse du Soleil.
Quelques idées reçues sur les TN d’après notre
conférencier :
·
Les trous noirs
ne sont pas des « aspirateurs cosmiques ». Loin d’un trou noir, son attraction
est la même que celle d’une étoile de même masse
·
Du point de vue
d’un observateur lointain, un astronaute tombant dans le trou noir irait
effectivement de plus en plus lentement, jusqu’à « geler » au rayon de
Schwarzschild (l’horizon des évènements).
·
Du point de vue
de l’astronaute, en revanche, il n’y a pas de singularité !
·
Une fois
l’horizon passé, il n’y a pas de retour en arrière possible.
·
Il y a une
singularité au centre du trou noir en revanche. Personne n’a pu prédire les lois
physiques à l’œuvre à cette singularité
LES
TROUS NOIRS STELLAIRES.
On s’est posé la question de savoir comment
observer un TN puisqu’il est..noir ! En étudiant le rayonnement du gaz qui
l’entoure !
Car il y a accrétion de gaz par le TN (puits
gravitationnel) et le gaz acquiert des vitesses relativistes.
Ce gaz, formant le
disque d’accrétion,
peut chauffer et émettre des rayonnements (X généralement).
La nébuleuse du Crabe correspond à l’explosion
d’une étoile en super nova (détectée en 1054).
Si elle est particulièrement
belle
dans le visible,
elle émet aussi dans l’X comme la détecté le télescope Chandra.
Crédit photo : NASA/Chandra.
Si le Crabe est visible, il existe des objets
stellaires massifs invisibles mais détectables, car par exemple appartenant à un
système binaire d’étoiles, des binaires X.
Comme Cygnus X1 qui possède un TN en son
centre.
Ce fut le premier TN détecté.
LES
TROUS NOIRS SUPERMASSIFS.
Préliminaires : éléments de détection.
·
L’effet Doppler
rend compte de distances d’objets lointains qui s’éloignent de nous (Expansion)
·
La
radioastronomie nous donne une nouvelle fenêtre d’étude sur l’Univers
complémentaire du visible
Ces différentes techniques ont permis
d’identifier des objets contenant des TN super massifs en leur centre.
Cygnus A est une des radiogalaxies les plus
brillantes du ciel, elle contient un noyau actif de galaxie (AGN) en son centre,
De même le quasar 3C 273 possède aussi un AGN
en son centre.
On sait maintenant que les AGN sont alimentés
par des trous noirs super massifs.
Ces TNSM émettent des jets puissants comme on
le voit ici avec M 87.
Jet émis par le TNSM de M 87 à une vitesse
relativiste sur 5000 al.
Crédit photo : NASA/Hubble.
Et nous alors ??? A-t-on un TNSM au centre de
notre Galaxie ?
Eh bien oui bien sûr !
Mais il 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 mouvement 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 Noblel 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
Voir aussi celui-ci plus lisible
https://galacticcenter.astro.ucla.edu/GC_animation_2020.mp4
Par contre on peut le voir sur YouTube
Photographie d’un Trou Noir.
N’a été possible qu’en interférométrie radio.
Seuls deux trous noirs étaient assez proches
et grands pour être résolus : M87* et Sgr A*
C’est grâce à la mise en réseau
interférométrique d’un grand nombre de radiotélescopes (8) répartis sur la Terre
entière et impliquant plus de 200 chercheurs que cet exploit a été réalisé.
Ce groupement de télescopes a été baptisé
Event
Horizon Telescope
(EHT).
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.
Notons que le cinéma s’est emparé très tôt de
l’imaginaire des trous noirs, la réalisation la plus réussie est sans
contestation celle du film Interstellar qui
a mis à contribution l’astrophysicien Kip Thorn.
Pour s’y retrouver :
anatomie d’un TN.
On a fait mieux ensuite en
s’intéressant à notre TN.
CONCLUSIONS :
Il reste de nombreuses questions sur les TN :
·
Trous noirs de
masse intermédiaire ? Primordiaux ?
·
Comment se sont
formés les trous noirs supermassifs ?
·
Comment décrire
la singularité au centre d’un trou noir ?
·
Comment se
forment les jets d’AGN ?
Merci à tous pour cette première zoom longue
distance.
POUR ALLER PLUS LOIN :
L’observation des
trous noirs stellaires
La nature du
premier trou noir découvert, Cygnus-X1, précisée grâce à Ixpe
Réévaluation de la
masse du trou noir historique Cygnus X-1
Les
trous noirs super massifs :
CR conf SAF de Suzy Collin en commission de cosmo du 6 Mars 2010
Les
trous noirs géants par
S Collin Obs de Paris le 19 Janvier 2005 SAF
Présentation sur
la notion de vitesse de libération.
PROCHAINE RÉUNION
COSMOLOGIE : Samedi 11 MARS
2023 15H AU SIÈGE
Olivier LAURENT
astrophysicien interviendra sur :
L’INTRICATION QUANTIQUE
:
Intrication, inégalités de Bell, photons intriqués etc..
PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :
Prochaine conférence SAF devant public :
Le mercredi 11 Janvier 2023 à 19H00 au CNAM amphi Grégoire (220 places).
Jean Pierre MARTIN Physicien, Pdt Comm de cosmologie de la SAF
Résa > 15 Décembre
. Réservation
comme d’habitude ou
à la SAF directement.
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF
Sinon à suivre en direct :
https://youtu.be/dEYzUxHXLIg
Les conférences seront retransmises en
direct sur YouTube.
Résumé : Depuis quelques temps, les agences
spatiales semblent vouloir s’intéresser de plus en plus à un retour
d’astronautes sur la Lune et même à un voyage vers la lointaine planète Mars.
Quelle est notre expérience dans l’espace pour nous permettre une telle vision ?
En avons-nous les moyens, la technologie, le budget, la volonté politique ?
Quels sont les projets en cours pour la Lune, les astéroïdes, pour Mars ? Le but
de cette présentation est de faire le point à ce sujet.
On présentera les nouveaux projets US comme
Artemis et Starship et la nouvelle philosophie avec la station spatiale lunaire
Gateway. De nombreuses autres nations s’intéressent aussi à notre voisine. Au
fait à qui appartient la Lune ? En avant, allons marcher sur la Lune !
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
Abonnez-vous gratuitement aux astronews
du site en envoyant votre nom et
e-mail.
