Interrogations sur les relativités générale et restreinte

[MKPanpan]

Bonjour,

 

il y a une heure, rmor51 a dit :

L'horizon n'est pas l'endroit où les objets disparaissent. C'est juste la ligne de non-retour, donc on peut voir ce qui s'y passe, à l'extrême ralenti. La matière est finalement gobée par le trou noir, malgré l'illusion de la voir à jamais figée.  A la dilatation du temps, il faut ajouter la dilatation des ondes lumineuses. L'objet deviendra de plus en plus rouge jusqu'à devenir invisible, au bout d'un certain temps.

 

Lorsqu'on nage dans une rivière à l'approche d'une grande chute, il y a un moment ou on ne peut plus remonter le courant. C'est la ligne d'horizon, mais on n'a pas franchi la chute.

 

Tout à fait d'accord avec ceci, c'est plus ou moins ce que j'allais dire, mais moins efficacement 🙃 En effet, l'objet aurait disparu de notre vision avant d'atteindre l'horizon des évènements. Au plus proche, il devrait émettre des ondes dans le domaine radio tellement peu énergétiques que je ne sais pas si on pourrait les détecter. De plus, l'objet en question aurait subi bien avant d'atteindre l'horizon des évènements le phénomène de "spaghettification." Si c'est une étoile, elle serait détruite en ses constituants (noyaux atomiques,) accélérés rapidement par les effets de marée et émettant des ondes lumineuses (ou plutôt radio) qui pourront s'échapper de l'ergosphère :

 

 

(source : https://astronomysource.com)

 

J'ajouterai que si l'on se place au niveau de la singularité (qui est bien plus petite que l'horizon des évènements si les tailles ont encore une signification,) la matière entrant dans le trou noir arrivera vers soi, à la vitesse de la lumière s'il s'agit de photons. Mais pour l'observateur extérieur (en supposant qu'il pourrait y voir quelque chose,) le temps serait infiniment long pour observer cette chute. Les deux observateurs ne verront pas l'évènement se produire au même instant. Difficile de se l'imaginer, mais vrai.

 

 

 

Quant à la fusion de trous noirs, on l'a déjà observée plusieurs fois par ondes gravitationnelles :

 

(source : https://www.ligo.caltech.edu/)

 

Voir aussi cet article de Ciel et Espace qui explique ce qui est observé :

https://www.cieletespace.fr/actualites/les-ondes-gravitationnelles-decouvertes-grace-a-la-fusion-de-deux-trous-noirs

 

Mais est ce que le moment où les ondes gravitationnelles sont émises correspond à la fusion des singularités ou à celle des horizons des évènements, je ne saurais le dire.

[Axeldark]

Il y a aussi ces trois vidéos pour vulgariser les théories d'Einstein.

 

 

 

 

 

Modifié 5 septembre 2023 par Axeldark

[rmor51]

.Sans compte l'excellent ouvrage du maître lui-même : La relativité

['Bruno]

Il y a 8 heures, rmor51 a dit :

L'horizon n'est pas l'endroit où les objets disparaissent. C'est juste la ligne de non-retour, donc on peut voir ce qui s'y passe, à l'extrême ralenti.

 

Tu veux dire que la limite au-delà de laquelle les objets « sortent  » de notre univers, ce n'est pas l'horizon ? Bon, je me suis juste trompé de terme. Si ça ne s'appelle pas l'horizon, je ne sais pas comment ça s'appelle (comment s'appelle cette limite ? la frontière ?)...

 

Il y a 8 heures, rmor51 a dit :

La matière est finalement gobée par le trou noir, malgré l'illusion de la voir à jamais figée.

 

Si tu accompagnes la matière, oui, tu est gobé par le trou noir. Mais si tu es à l'extérieur, tu vois la matière figée juste devant le... la frontière. Lorsque l'univers aura 100 milliards d'années, elle se sera un petit peu rapprochée mais ne l'aura toujours pas franchie. Idem lorsque l'univers aura 100 milliards de milliards d'années. Alors elle l'a franchie ou pas ? Oui par rapport à elle, non par rapport à notre univers. En fait, en atterrissant dans le trou noir, la matière a changé d'univers. Il faut lire Les trous noirs de J.-P. Luminet (ou Le destin de l'univers), qui montre tout ça avec des diagrammes d'espace-temps.

 

Il y a 8 heures, rmor51 a dit :

L'objet deviendra de plus en plus rouge jusqu'à devenir invisible, au bout d'un certain temps.

 

C'est vrai. Du coup, en pratique, on ne verra probablement plus rien avant les 100 milliards d'années.

[Michel Boissel]

il y a 47 minutes, rmor51 a dit :

.Sans compte l'excellent ouvrage du maître lui-même : La relativité

 

Tout à fait d'accord, mais la traduction française est assez catastrophique. Il semblerait que le traducteur n'entrave que couic au texte original !

C'est vraiment dommage, cet ouvrage mériterait une nouvelle traduction.

[rmor51]

J'ai lu celui de la collection Payot, qui m'a semblé très clair. N'ayant pas lu l'original, difficile de juger.

[sixela]

Il y a 2 heures, 'Bruno a dit :

non par rapport à notre univers

On ne peut voir la matière rentrer, mais on peut voir les conséquences indirectes de la croissance du trou noir bien avant de se voir pousser une longue barbe en attendant l'infini futur. Donc "non par rapport à notre univers" est un peu fort dire, surtout qu'on a vu des ondes gravitationnelles de plusieurs fusions de trous noirs, et pourtant nous sommes bien dans 'notre univers'. Et il y avait bien deux trous noirs pour nous alors qu'il n'y en a plus qu'un, et si on était assez près on verrait bien que l'ombre est désormais plus grande.

 

Dans l'espace temps, un trou noir est un objet qui "est" simplement dans l'espace temps, avec une forme qui dépend de tout ce qui se passe d'ici à l'infini futur du trou noir (et même deux trous noirs qui fusionnent ont une seule "enveloppe" mais à deux jambes), et il a une influence peu intuitive sur l'espace temps dans les parages (de notre côté de l'horizon, l'autre côté en étant découplé complètement), y compris dans des "directions" qui nous sembleraient un peu bizarre.

 

Si on postulait que comme rien ne peut passer l'horizon 'par rapport à notre univers' on arriverait à des choses absurdes. Mettons qu'on trou noir de 6 masses solaires bouffe une étoile de 6 masses solaires, qui s'agglutinerait sur l'horizon mais ne le franchirait  'jamais'. Or, une masse de 12 masses solaires dans cet espace juste un peu plus grand est elle-même un trou noir avec un rayon Schwarzschild° supérieur à l'original. Donc cette matière devrait "se trouver" à l'intérieur de l'horizon alors qu'on a postulé qu'elle reste à l'extérieur.

 

C'est la notion de vouloir savoir mordicus "où la matière se trouve 'au moment X' par rapport à notre temps" qui est fallacieuse en relativité générale sauf si l'on définit qu'est-ce qu'on considère comme temps et qu'est-ce qu'on considère comme espace sur toutes les coordonnées. Et selon le choix ce qui se passe se verra être décrit différemment. L'intuitif n'aide pas, il faut en effet faire des diagrammes d'espace-temps et alors les décrire (sans que les tournures de phrases qu'on choisit soient LA vérité ou la seule façon de décrire).

°ce qui corresponds à ce qu'on appelle couramment "l'horizon des évènements"; il y a plusieurs sortes d'horizons à un trou noir comme par exemple le rayon qui laisse un photon faire une orbite dont il ne peut s'échapper (3/2 du rayon Schwarzschild pour un trou noir sans rotation), le rayon de l'ombre du trou noir (2 fois le rayon Schwarzschild pour un trou noir sans rotation), etc. Et j'en passe, parce que pour des trous noirs en rotation ça se complique vachement.

Modifié 5 septembre 2023 par sixela

['Bruno]

Ah oui, c'est plus compliqué si de la matière s'approche du trou noir. Elle ne franchit pas la frontière, mais elle s'en approche tant que la masse de cette région augmente nettement plus que son diamètre, du coup c'est le trou noir qui s'agrandit, donc la frontière qui s'avance. Mais je ne vois pas pourquoi, de notre point de vue, elle ne mettrait pas un temps infini à s'avancer.

[Dodgson]

Et que se passe-t-il du côté intrication quantique ?

 

(avec toutes mes excuses)

 

 

[sixela]

On attend une théorie quantique de la gravité pour te répondre ;-).

[sixela]

Il y a 1 heure, 'Bruno a dit :

Ah oui, c'est plus compliqué si de la matière s'approche du trou noir. Elle ne franchit pas la frontière, mais elle s'en approche tant que la masse de cette région augmente nettement plus que son diamètre, du coup c'est le trou noir qui s'agrandit, donc la frontière qui s'avance. Mais je ne vois pas pourquoi, de notre point de vue, elle ne mettrait pas un temps infini à s'avancer.

Parce que malgré ce qu’on observe en regardant des objets tombants, le champ gravitationnel de l’objet ne correspond pas « naïvement » à de la matière qui mettrait un temps infini à s’avancer en s’approchant de l’horizon.

 

Même chose à la création d’un trou noir. Sur un diagramme espace-temps avec le « t » Schwarzschild comme axe vertical, un horizon se forme et s’étend avant (plus bas que) la formation d’une singularité, bien qu’on ne puisse rien voir passer cet horizon non plus comme observateur externe.

 

Ça me faisait toujours penser à Achille et la tortue (qui se fait bel et bien rattraper), et je n’étais pas le seul, vu le « tortoise time » des coordonnées d’Eddington-Finkelstein.

 

C’est un peu comme le trou noir lui-même. On ne peut pas voir qu’il y a une masse dedans, mais on voit bien qu’il y en a un par ses effets sur ce qu’il y a en dehors du trou noir et on peut estimer sa masse, et si on est assez loin (là ou tous les choix de coordonnées s’accordent à dire ce qui est le temps et ce qui est l’espace) et qu’on ne regarde pas vers le trou noir pour voir ses pitreries, c’est une masse qui ne se comporte pas de façon très bizarre par rapport à une étoile à neutrons.

Modifié 5 septembre 2023 par sixela

['Bruno]

Merci pour cette réponse détaillée. Effectivement, tout ça est subtil...

 

Il y a 10 heures, sixela a dit :

Même chose à la création d’un trou noir. Sur un diagramme espace-temps avec le « t » Schwarzschild comme axe vertical, un horizon se forme et s’étend avant (plus bas que) la formation d’une singularité, bien qu’on ne puisse rien voir passer cet horizon non plus comme observateur externe.

Ah, ça doit être l'explication du coup du trou noir qui met un temps infini à se former... Mais ça confirme qu'il faut des diagrammes d'espace-temps pour arriver à comprendre.

[sixela]

Même chose assez paradoxale quand le trou noir grossit: si on observe les objets tombant dedans on les voit se figer puis s'éteindre (décalage vers le rouge sans limite, de moins en moins de photons) sur le nouvel horizon qui tient compte de la masse de ces objets.

[AstronomieLorraine]

Le 04/09/2023 à 23:25, 'Bruno a dit :

 

Aaaah ! Enfin quelqu'un qui pose de bonnes questions !

 

Par rapport à son temps à lui, pas de souci. Mais c'est par rapport à notre temps à nous que ça va peut-être coincer...

 

Cette question, je l'ai posée il y a longtemps à un copain qui faisait des études de physique (niveau D.E.A. puis thèse). Plus exactement, ma question était : puisqu'il faut un temps inifini à un trou noir pour se former (infini par rapport à nous, pas par rapport à lui) (ce qui est vrai !), peut-on dire que les trous n'existent pas... encore ? (et n'existeront jamais, du coup). Il m'a donné la référence d'un article scientifique que j'avais essayé de lire et qui répondrait à cette question. Je crois que j'avais à peu compris le truc, mais c'était tellement compliqué que j'ai vite oublié. J'ai surtout retenu qu'il y avait une explication, sans être sûr que ça répondait parfaitement à mon objection.

 

 

D'accord donc il existe une explication hors de portée, ça me va !

 

Le 04/09/2023 à 23:25, 'Bruno a dit :

 

Je ne peux pas te donner de lien vers cet article (ça date d'il y a vingt-cinq ans), mais sache qu'il y a probablement des réponses − compliquées !

 

En tout cas tu as bien compris le fonctionnement du trou noir :

 

Tout à fait. Il est impossible de voir une étoile disparaître dans un trou noir à cause de la dilatation infinie du temps au niveau de l'horizon. Et je suis sûr qu'on n'a jamais vu ça. Note bien qu'on n'a jamais vu de trou noir. Ce qu'on observe, ce sont des étoiles dont la révolution est si rapide que, si on applique la troisième loi de Kepler pour calculer la masse du corps central, on trouve une masse très importante, tellement importante que rapportée à son diamètre (forcément plus petit que le diamètre des orbites des étoiles qui tournent autour), ça ne peut être qu'un trou noir.

 

Pour les premières observations de Sagittarius A* oui c'est une observation indirecte, mais il me semble qu'on a déjà pris en photo des TNS avec le disque d'accrétion autour de lui, et on voit donc le trou noir au centre (Par "voir" un trou noir j'entend apercevoir la zone circulaire noire, car on peut bien entendu jouer sur les mots en affirmant qu'on ne peut pas voir ce qui n'envoie pas de lumière).

 

 

Le 04/09/2023 à 23:25, 'Bruno a dit :

 

 

On a observé ces dernières années l'augmentation de la masse d'un trou noir ? Je ne te crois pas : c'est impossible. Tu es sûr que le truc était déjà un trou noir lorsque sa masse a augmenté ? (Ou alors il y a un truc qui m'échappe − n'hésite pas à me contredire !)

 

Non on a jamais observé d'augmentation de masse, mais la simple existence des trous noirs supermassifs ayant comme masse plusieurs milliards de fois celle du soleil est la preuve que les trous noirs grossissent. Car aucune étoile (même celles de population III ) ne pourrait expliquer de telles masses par simple effondrement de l'étoile. C'est donc que les trous noirs augmentent de masse en fusionnant avec des étoiles, et en fusionnant entre eux.

 

Donc même si on a pas observé directement l'augmentation de la masse d'un trou noir, on peut au moins affirmer que cela a eu lieu dans l'histoire de l'univers ces dernières 14 milliards d'années. Il ne faut donc pas un temps infini pour que le trou noir augmente sa masse, et donc une étoile ne peut pas être figé à l'extérieur de l'horizon des événements. Car sinon la masse du trou noir n'augmenterait pas, ça serait seulement le disque de matière en rotation autour du trou noir qui augmenterait de masse.

 

En tout cas, c'est comme ça que je le comprend.

 

 

Le 04/09/2023 à 23:25, 'Bruno a dit :

 

L'augmentation des masses, non, en tout cas pas par apport de matière venue de l'extérieur du trou noir. Mais pour les fusions de trous noirs (là ça me dit quelque chose, il me semble que ça avait généré des ondes gravitationnelles) je ne sais pas si on a la même impossibilité due à la dilatation infinie des temps. C'est une bonne question que je te laisse poser !

 

 

Mais dans ce cas, si les trous noirs n'ont pas de masse apporté de l'extérieur, comment expliquer l'origine des trous noirs supermassifs ? Une origine stellaire classique ne peut clairement pas expliquer des masses de 20 milliards de masse solaire.

 

En même temps que je rédige ces lignes, je lis mon bouquin sur les trous noirs... et je cite :

 

"Comment comprendre dès lors cette notion de "temps infini" ? Pour un observateur externe, la matière restera à jamais suspendue sur l'horizon des événements. Pourtant la matière traverse l'horizon des événements et descend vers la singularité centrale en un laps de temps court et mesurable."

 

Bon, donc visiblement il se passe les deux choses en même temps : l'étoile tombe effectivement au centre du trou noir, mais elle reste imprimé sur la surface de l'horizon, comme un mirage, une image virtuelle d'un objet qui n'est plus là. Ca me semble coller avec toutes les observations du coup. Sauf peut-être une. Je cite à nouveau mon bouquin :

 

"La probabilité qu'une trajectoire d'étoile pénètre dans le rayon de marée est faible. Les calculs indiquent que la fréquence statistique de destruction d'étoiles par les forces de marée d'un trou noir est de l'ordre de 0,00001 par an et par galaxie"

 

Ce chiffre me semble énorme quand on compare aux 14 milliards d'années de l'univers. Il devrait y avoir des milliers d'étoiles dont l'image est "imprimés" sur l'horizon d'un trou noir. Je ne crois pas que c'est ce qu'on observe.

[sixela]

Voir plus haut: l'image "imprimée" s'éteint (comme "la montre" de l'objet ralentit, un processus physique qui émet des photons à intervalle régulier X en produit de moins en moins selon notre écoulement du temps) et elle se décale vers le rouge (si bien que même des rayons gamma finissent assez vite par avoir une longueur d'onde extrêmement grande qui gène la détection. Sur l'horizon le décalage vers le rouge est infini.) C'est ce qui rend l'ombre du trou noir d'un noir (presque) parfait.

Modifié 6 septembre 2023 par sixela

[MKPanpan]

Si on considère le trou noir comme l'ensemble de la masse le composant (et non pas uniquement la masse contenue dans la singularité centrale,) on peut observer l'augmentation de la masse du trou noir.

 

Si je prends un autre exemple : pour un observateur suffisamment éloigné, le couple Terre-Lune a sa propre masse et sa propre influence gravitationnelle. On pourrait satelliser un objet autour du couple, avec pour centre de révolution, je suppose, le barycentre du couple. De même, le système solaire est pris dans son ensemble pour mesurer son influence sur les étoiles qui l'entoure (même si au fond, la masse qui n'est pas contenue dans le Soleil est presque négligeable.) La masse ne doit pas forcément être ponctuelle, même si cela simplifie la représentation que l'on se fait.

 

Donc on peut considérer que la masse du trou noir augmente dès qu'une masse supplémentaire atteint l'horizon des évènements. Comme sa masse totale augmente, l'horizon lui-même s'éloigne du centre. On pourrait dire que l'objet ne franchit pas l'horizon mais que l’horizon s'étend pour venir absorber l'objet. D’ailleurs il est intéressant de savoir que plus un trou noir est massif, moins il est dense, c'est à dire que sa masse est davantage diluée dans le volume occupé.

[Dodgson]

Il y a 16 heures, sixela a dit :

On attend une théorie quantique de la gravité pour te répondre ;-).

"Si nous essayons de quantifier la gravitation, la première conséquence est l'existence de particules, quanta de force, que nous appellerons bien évidemment les gravitons. La relativité générale nous indique que les gravitons sont des bosons de spin 2. Dans certaines théories récentes, on suppose que l'espace possède les trois dimensions ordinaires et N dimensions compactifiées. La matière ordinaire (leptons, quarks) ainsi que les bosons du Modèle standard  n'existeraient que dans les trois dimensions, tandis que les gravitons pourraient se déplacer dans les 3 + N dimensions. L'intérêt de cette hypothèse? A petite distance, de l'ordre de R, la force de gravitation augmente plus vite que prévu par la loi de Newton et peut devenir comparable à celle des trois autres interactions."

etc...

Référence : La Miraculeuse Efficacité de la théorie quantique, éditions Odile Jacob, 2014.

Il y a surement d'autres bouquins là dessus, mais je crois bien que c'est le seul que je possède.

 

   

[AstronomieLorraine]

il y a 28 minutes, MKPanpan a dit :

Si on considère le trou noir comme l'ensemble de la masse le composant (et non pas uniquement la masse contenue dans la singularité centrale,) on peut observer l'augmentation de la masse du trou noir.

 

Si je prends un autre exemple : pour un observateur suffisamment éloigné, le couple Terre-Lune a sa propre masse et sa propre influence gravitationnelle. On pourrait satelliser un objet autour du couple, avec pour centre de révolution, je suppose, le barycentre du couple. De même, le système solaire est pris dans son ensemble pour mesurer son influence sur les étoiles qui l'entoure (même si au fond, la masse qui n'est pas contenue dans le Soleil est presque négligeable.) La masse ne doit pas forcément être ponctuelle, même si cela simplifie la représentation que l'on se fait.

 

Donc on peut considérer que la masse du trou noir augmente dès qu'une masse supplémentaire atteint l'horizon des évènements. Comme sa masse totale augmente, l'horizon lui-même s'éloigne du centre. On pourrait dire que l'objet ne franchit pas l'horizon mais que l’horizon s'étend pour venir absorber l'objet. D’ailleurs il est intéressant de savoir que plus un trou noir est massif, moins il est dense, c'est à dire que sa masse est davantage diluée dans le volume occupé.

 

Cela me semble étrange. Selon moi l'objet qui tombe dans le trou noir atteint la singularité relativement rapidement, puisque la masse du trou noir est parfaitement répartie à l'intérieur. Si des objets massifs restaient sous l'horizon sans pour autant atteindre la singularité, il me semble qu'il y aurait des zones plus massive que d'autres dans le trou noir (par exemple, une zone plus massive du côté d'une étoile qui viendrait de rentrer sous l'horizon).

 

Cette hétérogénéité interne devrait donc influencer sur la forme de l'horizon des événements : l'horizon ne devrait donc pas être parfaitement sphérique mais avoir des "bosses". Des zones plus massive qu'ailleurs dans le trou noir. Or il me semble que justement, l'horizon forme un cercle parfait pour un trou noir sans mouvement de rotation. Donc comment expliquer cela ?

[sixela]

Cela te semble étrange parce que c'est imprécis et non correct. Comme le temps n'est pas une chose absolue, "dès qu'une masse atteint l'horizon des évènements" est ambigu. Or pour un observateur externe et son écoulement du temps l'objet n'atteint jamais l'horizon (et c'est l'horizon du trou avec une masse qui tient compte de l'objet lui-même; on ne voit pas l'objet rentrer mais on voit le trou noir croître!) 

 

Dans le temps de l'objet même l'horizon n'a rien de spécial (sauf qu'il  condamne l'objet à ne plus en sortir, et même à aller vers la singularité très rapidement dans le temps de l'objet, en tout cas pour un trou noir sans rotation°); il se traverse sans brouhaha (à part les effets sur ce qu'on voit de l'univers externe en le traversant).

 

Quelques messages plus haut on parlait de spaghettification inéluctable; c'est vrai pour des trous noirs stellaires mais pas nécessairement pour de très gros trous noirs sans disque d'accrétion. L'effet de marée à l'horizon d'un trou noir de 10 million M☉ est très survivable, comme c'est l'effet de marée que la terre effectue sur nous.

 

--

°pour un trou noir en rotation avec une singularité annulaire on peut rester en orbite de la singularité à l'intérieur de l'horizon, mais on ne peut plus en sortir. Cela ne change d'ailleurs en rien ce que le monde extérieur perçoit et ne fait pas de bosses dans le trou noir, comme l'horizon découple l'intérieur et l'extérieur. Tout ce qu'on peut changer du trou noir en le rejoignant --en relativité générale--, c'est la charge, la masse et la rotation (axe et vitesse de rotation).

Modifié 6 septembre 2023 par sixela

['Bruno]

il y a 7 minutes, sixela a dit :

Dans le temps de l'objet même l'horizon n'a rien de spécial (sauf qu'il  condamne l'objet à ne plus en sortir, et même à aller vers la singularité très rapidement, en tout cas pour un trou noir sans rotation°)

Autre particularité : quand le vaisseau traverse cette frontière (donc c'est bien l'horizon finalement ?) et qu'il regarde derrière lui, il voit notre univers atteindre l'infini des temps en accéléré (façon de parler) puis ne le voit plus : il a changé en quelque sorte d'univers.

 

Question à propos des trous noirs supermassifs au centre des galaxies : ils sont vraiment formés (comme le suppose AstronomieLorraine) par augmentation de la masse d'un trou noir original ? J'imaginais que c'était un gros tas de matière qui s'était effondré (peut-être suite à la gravité énorme au centre de la galaxie, mais à mon avis c'est plus compliqué), effondrement qui finit par aboutir à une densité telle que l'objet effondré, qui est déjà supermassif, devient un trou noir. En tout cas je ne crois pas que leur origine soit celle des trous noirs stellaires (ceux formés après explosion d'une supernova).

[MKPanpan]

il y a une heure, AstronomieLorraine a dit :

Cela me semble étrange. Selon moi l'objet qui tombe dans le trou noir atteint la singularité relativement rapidement, puisque la masse du trou noir est parfaitement répartie à l'intérieur. Si des objets massifs restaient sous l'horizon sans pour autant atteindre la singularité, il me semble qu'il y aurait des zones plus massive que d'autres dans le trou noir (par exemple, une zone plus massive du côté d'une étoile qui viendrait de rentrer sous l'horizon).

 

il y a 35 minutes, sixela a dit :

Cela te semble étrange parce que c'est imprécis et non correct. Comme le temps n'est pas une chose absolue, "dès qu'une masse atteint l'horizon des évènements" est ambigu. Or pour un observateur externe et son écoulement du temps l'objet n'atteint jamais l'horizon (et c'est l'horizon du trou avec une masse qui tient compte de l'objet lui-même; on ne voit pas l'objet rentrer mais on voit le trou noir croître!) 

 

Ce que je voulais dire, c'est que pour un observateur extérieur, il n'est pas nécessaire "d'attendre" un temps considérable ou infini pour voir la masse du trou noir augmenter. Le simple fait qu'un corps s'en approche dans une direction qui le mènera à franchir l'horizon fait que le système entier voit sa masse augmenter.

Par exemple, si on connait l'existence d'un trou noir et sa masse M(*) en analysant le déplacement d'étoile, et qu'un autre corps se dirige droit "dedans" (admettons un étoile à neutrons de masse M(n),) même si on n'observera pas l'étoile à neutrons franchir cette limite du fait du ralentissement du temps et du décalage vers le rouge vu de l'extérieur, on pourra observer une modification du déplacement des étoiles autour de ce nouveau couple de masse M(*)+M(n) (en ne comptant pas la masse perdue par l'émissions d'ondes électromagnétiques et gravitationnelles.) On peut donc bien dire qu'on observe indirectement une augmentation de la masse du trou noir dès qu'un objet en est suffisamment proche pour considérer qu'il ne s'agit plus que d'un seul corps, de loin du moins. Après tout, quand on analyse le déplacement des galaxies ou des amas, on ne prête pas attention à la répartition de la matière à l'intérieur de celle/ceux-ci.

[sixela]

Tout à fait.

[AstronomieLorraine]

Il y a 16 heures, 'Bruno a dit :

Autre particularité : quand le vaisseau traverse cette frontière (donc c'est bien l'horizon finalement ?) et qu'il regarde derrière lui, il voit notre univers atteindre l'infini des temps en accéléré (façon de parler) puis ne le voit plus : il a changé en quelque sorte d'univers.

 

Question à propos des trous noirs supermassifs au centre des galaxies : ils sont vraiment formés (comme le suppose AstronomieLorraine) par augmentation de la masse d'un trou noir original ? J'imaginais que c'était un gros tas de matière qui s'était effondré (peut-être suite à la gravité énorme au centre de la galaxie, mais à mon avis c'est plus compliqué), effondrement qui finit par aboutir à une densité telle que l'objet effondré, qui est déjà supermassif, devient un trou noir. En tout cas je ne crois pas que leur origine soit celle des trous noirs stellaires (ceux formés après explosion d'une supernova).

 

Je pense que cela doit être un mix des deux ?

 

J'imagine difficilement un nuage de gaz avoir la densité et la masse suffisante pour s'effondrer en trou noir, même au centre des galaxies. Je suppose qu'avant de devenir un trou noir, un nuage de gaz/poussière doit devenir vraiment très massif et dense. Or un nuage de gaz très massif et dense, c'est justement une étoile.

 

Bon bah j'ai trouvé l'explication ci-dessous sur Wikipédia. Visiblement, c'est encore vivement débattu, même si l'existence de TNS très tôt dans l'univers tend à rejeter le modèle d'origine stellaire.

 

L’hypothèse la plus simple de la formation des trous noirs supermassifs est de commencer par un trou noir stellaire, accrétant ensuite de la matière pendant des milliards d’années. Cette hypothèse a cependant de nombreux défauts, parmi lesquels la nécessité d’une très grande densité d’étoiles dans son voisinage proche pour nourrir continuellement le trou noir.

Surtout des observations nouvelles ont montré l’existence de trous noirs supermassifs aux très grands décalages vers le rouge, c’est-à-dire au début de l’évolution de l’Univers¹⁴. Ces trous noirs n’auraient ainsi pas eu le temps de se former par simple accrétion d’étoiles, même si elles auraient alors été très massives. Il reste donc à en déterminer le processus, mais il semble possible que la formation de tels trous noirs ait été très rapide, dès les débuts de l’Univers^15,16. Une hypothèse en ce sens est qu'il est possible que ces trous noirs supermassifs se soient formé au sein de quasi-étoiles au début de l'univers

 

Modifié 7 septembre 2023 par AstronomieLorraine

[MKPanpan]

Il y a 2 heures, AstronomieLorraine a dit :

J'imagine difficilement un nuage de gaz avoir la densité et la masse suffisante pour s'effondrer en trou noir, même au centre des galaxies. Je suppose qu'avant de devenir un trou noir, un nuage de gaz/poussière doit devenir vraiment très massif et dense. Or un nuage de gaz très massif et dense, c'est justement une étoile.

 

Justement non, les trous noirs supermassifs ont une densité très faible.

Par exemple, notre trou noir Galactique SgrA* a une masse de l'ordre de 4x10⁶ masses solaire et a donc une densité de l'ordre de 10⁴

Pour M87* qui a une masse de l'ordre de 10¹⁰ masses solaires, on a une densité de l'ordre de 10^-4 : 10.000 fois moins dense que l'eau sur Terre 😱

 

Ce qui "provoque" un trou noir, c'est que la force gravitationnelle exercée sur la matière contenue est supérieure à la pression (de sens opposé) qui peut être d'origine nucléaire (fusion dans les étoiles,) ou d'origine quantique (pression de Fermi.) C'est donc uniquement la masse (qui est à la base de la force gravitationnelle,) qui caractérise le trou noir, pas sa densité.

['Bruno]

Plus précisément c'est le rapport masse sur rayon, une sorte de degré de compacité (tandis que la densité, c'est masse/rayon^3).

[Albuquerque]

L'objet qui tombe dans le TN y tombe et lui ajoute sa masse. 

Les photons que cet objet peut émettre ne ressortent pas du TN s'ils ont été émis après le plongeon de l'objet à travers l'horizon.

Les ultimes photons émis par l'objet razibus avant le passage de l'horizon mettent un temps qui tend vers l'infini à se désengluer de la proximité de l'horizon, si bien que de loin on observera pendant quasiment l'éternité l'arrivée de ces photons (mais de plus en plus rarement). Et comme ils ont été émis dans un champ gravitationnel qui leur mange presque toute leur énergie pour les laisser filer, ils ne seront plus du tout dans le visible s'ils y ont été émis. 

Modifié 7 septembre 2023 par Albuquerque

[Albuquerque]

Procédé simple pour savoir si une chose est un trou noir :

Si le soleil avec sa masse de 2.10^30 kg était un TN, son rayon vaudrait 3 kilomètres soit 3000 mètres .

Or le rayon d'un TN est en proportion directe simple de sa masse.

Donc, si le rapport masse/rayon d'un objet est inférieur à 2.10^30 / 3000  =  6,7.10^26, ce n'est pas un trou noir. 

Limpide, non ? 

 

 

 

Modifié 7 septembre 2023 par Albuquerque

[AstronomieLorraine]

Il y a 13 heures, MKPanpan a dit :

 

Justement non, les trous noirs supermassifs ont une densité très faible.

Par exemple, notre trou noir Galactique SgrA* a une masse de l'ordre de 4x10⁶ masses solaire et a donc une densité de l'ordre de 10⁴

Pour M87* qui a une masse de l'ordre de 10¹⁰ masses solaires, on a une densité de l'ordre de 10^-4 : 10.000 fois moins dense que l'eau sur Terre 😱

 

Oui pour la densité faible d'un TNS, c'est assez logique puisqu'on à une singularité sans dimension ni taille, et on a un horizon qui augmente proportionnellement en fonction de la masse. Donc forcément, si la singularité a toujours la même dimension et que la taille de l'horizon augmente, alors la densité baisse.

 

Mais cela ne signifie pas pour autant qu'un TNS peut apparaître dans des zones de faible densité. Il faut bien qu'à l'origine, une masse suffisante s'effondre sous son propre poids avec assez de gravité pour qu'aucun équilibre hydrostatique ne soit possible. C'est ce que je voulais dire en parlant densité importante.

 

Il y a 13 heures, MKPanpan a dit :

Ce qui "provoque" un trou noir, c'est que la force gravitationnelle exercée sur la matière contenue est supérieure à la pression (de sens opposé) qui peut être d'origine nucléaire (fusion dans les étoiles,) ou d'origine quantique (pression de Fermi.) C'est donc uniquement la masse (qui est à la base de la force gravitationnelle,) qui caractérise le trou noir, pas sa densité.

 

Oui pour un trou noir existant, mais je parlais de l'origine d'un TNS. Et à ce niveau là, la densité est importante. Sinon, on peut considéré que 1000 étoiles voisines pourraient s'effondrer en un TNS, sauf qu'en réalité la masse de ces 1000 étoiles n'est pas contenue dans un volume suffisamment faible pour que cela arrive.

 

Tu dis que pour obtenir un TN il faut que la gravité gagne sur les forces de pression interne. Or je ne vois pas d'autre manière pour que cela arrive que de rassembler suffisamment de matière dans un volume proche (=densité importante)

[Albuquerque]

Il y a 8 heures, AstronomieLorraine a dit :

Il faut bien qu'à l'origine, une masse suffisante s'effondre sous son propre poids avec assez de gravité pour qu'aucun équilibre hydrostatique ne soit possible. C'est ce que je voulais dire en parlant densité importante.

 

Justement, si chacun donne aux mots le sens qu'il veut, les autres ne le comprennent plus.

On peut se rappeler qu'un TN n'est défini par aucun critère de densité, mais par un rapport masse/densité.

C'est "paradoxal" dans la mesure où les deux formes moindrement effondrées de cadavres stellaires, les naines blanches et les étoiles à neutrons, elles, exigent bien d'être dans une plage de densité donnée.