Confirmation du trou noir galactique

[Kaptain 5 880]

http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7774287.stm

On s'en doutait un peu depuis longtemps, mais là, 16 années d'étude des mouvemements des étoiles proches du monstre prouvent définitivement ("best empirical evidence") son existence et son poids: 4 millions de masses solaires.

[Superfulgur 16 096]

16 ans...

Plein, plein de détails ici :

http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2008/phot-46-08.html

S

[whiston 0]

Ce trou noir galactique, enfin confirmé, montre bien combien la puissance, l'immensité, la longévité de la Galaxie ne sont pas vraiment compréhensibles par le cerveau humain. Sans parler de l'Univers observable qui est encore à une toute autre échelle.
Plus que jamais, il semble indispensable que l'on apprenne l'astronomie à l'école pour que les enfants sachent au moins que l'Homme, la Terre et le Système solaire ne représentent pas grand-chose à l'échelle galactique. Mais on n'en prend pas le chemin. Le créationnisme a encore de beaux jours devant lui...

[jackbauer 2 13 744]

Très lourdes à charger les vid de l'ESO...
Cette courte animation sur le site de C&E est plus accessible : http://www.cieletespace.fr/evenement/2434_danse-d-etoiles-autour-du-trou-noir-de-la-voie-lactee
A noter que l'on a découvert il y a peu que des étoiles naissaient en rotation de notre T.N galactique !!

[dg2 2 033]

Oui enfin, cela fait des années que personne ne doute de l'existence d'un trou noir central dans notre Galaxie. Faire passer un travail récent sur le sujet pour LA confirmation définitive du truc est à la limite de la désinformation, et une petite insulte à tout ceux qui avaient déjà travaillé sur le sujet.

[jackbauer 2 13 744]

Ben c'est la même équipe il me semble (Professor Reinhard Genzel,leader de l'équipe européenne)
16 ans d'observation ça mérite quand même un ch'ti communiqué !!
Il est bien évident que le jour où une équipe américaine sort quelquechose sur le sujet ça deviendra "la" confirmation à la "une" de toute la presse...

[dg2 2 033]

Ce que je veux dire, c'est que cela fait au moins 8 ans que l'on voit les trajectoires de ces étoiles, au début s'étalant sur une période de 8 ans, maintenant de 16 ans. À l'époque déjà la nature de l'objet central ne faisait aucun doute.

[jackbauer 2 13 744]

Le problème c'est que notre T.N (Sgr A) est très discret... en tout cas en ce moment ! S'il se mettait à grignoter une étoile le rasant de trop près il brillerait des milliards de fois plus : quel spectacle !
Même sans cela, ça doit valoir le coup d'y faire un tour : d'après l'équipe allemande (voir dernier C&E) dans un rayon de seulement 3 a.l autour, il y a des centaines de milliers d'étoiles (dont 20.000 recensées). Il ne fait jamais nuit sur leurs planètes, tant la population stellaire est concentrée... un ciel illuminé de milliers de petits soleils !!

[PascalD 4 383]

Bonjour,

C' est sûrement une question bête, mais :

Quand on dit "trou noir", dans ce contexte, est-ce que ça signifie qu'on a trouvé un indice de la présence d' un horizon événementiel (ce qui caractériserait un "vrai" trou noir, ou qu' on a "juste" les signes de la présence d'un objet très massif, compact et peu lumineux ?

[PerrouriefhCedric 4 122]

Dans un numéro de science et vie (ou science et avenir, je sais plus) de juillet 2007, Hubert Reeves affirmait qu'il y a un trou noir au coeur de chaque galaxie. Alors, ou je suis un grand crétin et je n'ai rien compris à l'article, ou alors je ne vois pas pourquoi la voie lactée ferait exception à la règle...
Je suis tout à fait d'accord, on n'enseigne pas assez l'astronomie à l'école, ni même dans les programmes de physique du secondaire!

[Superfulgur 16 096]

"Quand on dit "trou noir", dans ce contexte, est-ce que ça signifie qu'on a trouvé un indice de la présence d' un horizon événementiel (ce qui caractériserait un "vrai" trou noir, ou qu' on a "juste" les signes de la présence d'un objet très massif, compact et peu lumineux ?"

Il faudrait demander à dg2 mais il me semble, justement, qu'on a d'autres indices, ou d'autres preuves que : Orbite d'étoiles autour de l'objet invisible = objet très petit, super massif et peu lumineux, comme tu dis.

Je me demande si le type d'émissions des quasars/trous noirs ne sont pas aussi des "preuves".

En fait, j'imagine qu'on dit "trou noir" à défaut de tous les autres trucs que l'on connait : gaz, étoiles. Les physiciens disent sans doute : dans ce rayon, et avec cette masse, avec ce type d'émissions, il n'y a que le trou noir de possible.

S

[PascalD 4 383]

Merci pour ta réponse Superfulgur ...
Je me suis toujours demandé , à chaque fois que les communiqués évoquent les "trous noirs", si on avait d' autres observations que les orbites ou la luminosité des machins qui tournent autour ...
Est-ce qu'on peut caractériser le spectre des trucs qui sont avalés par l' horizon ? ça ne doit pas être facile ... Même sans horizon , un truc suffisament massif doit pouvoir accélérer du gaz à des vitesses relativistes, non ?

[jackbauer 2 13 744]

Par définition on ne pourra jamais observer directement un trou noir (son horizon) puisqu'il n'emet pas de lumière : on doit se contenter d'observer la matière accélérée qu'il avale ou les jets (quasars)
Les T.N stellaires ne font que quelques km de diamètre et les T.N géants quelques millions

[Kaptain 5 880]

Je comprend pas ton doute SuperFulgurant: des orbites permettent de connaître la masse du corps attracteur, point final...
Ou alors y a un truc que j'ai pas compris...

[dg2 2 033]

> Quand on dit "trou noir", dans ce contexte, est-ce que ça signifie qu'on a
> trouvé un indice de la présence d' un horizon événementiel (ce qui
> caractériserait un "vrai" trou noir, ou qu' on a "juste" les signes de la
> présence d'un objet très massif, compact et peu lumineux ?

La présence d'un horizon, vous pouvez à la rigueur l'avoir en imagerie directe, où la silhouette de votre trou noir se découpe sur un fond lumineux (le disque d'accrétion). La taille angulaire de Sgr A* est de l'ordre de 45 µas, ce qui est à la portée de l'interférométrie radio dans les 5 ou 10 ans. Celui de M87 fait dans les 20 µas, ce qui reste accessible à moyen terme. Le seul autre suffisamment gros est (peut-être) celui de M31, mais il y a de grosses incertitudes sur sa masse.

Ceci dit, d'autres personnes vous diront que la silhouette sombre ne prouve pas l'existence d'un horizon, mais seulement d'un objet suffisamment compact pour que son redshift gravitationnel de surface soit suffisamment grand. En pratique, avec de la matière ordinaire (pression positive, quelle que soit sa dépendance avec la densité), le redshift gravitationnel à la surface ne peut excéder 2 (c'e'st un théorème mathématique), ce qui est suffisant pour assimiler la silhouette sombre à un horizon (à z = 2, n'importe quelle surface à une émissivité suffisante pour ne plus être noire). Maintenant, il est mathématiquement possible de produire des solution extraordinairement bizarres pour lesquelles le redshift de surface peut être arbitrairement grand. Ces solutions (appelées gravastar pour certaines) sont, objectivement, physiquement trop bizarres pour être réalistes. Elles nécessitent une forme de matière de pression négative, et dont la pression est anisotrope, avec un profil radial d'anisotropie qui doit être exactement ajusté de la bonne façon pour produire les résultats souhaités, sans qu'il y ait le moindre mécanisme physique pour le générer (en gros, l'anisitropie dépend en fonction du rayon d'un truc appelé compacité locale, qui n'est pas une quantité localement mesurable). Après, chacun est libre de considérer que ce type d'objet ne pouvant pas logiquement être exclus est ou non acceptable pour pouvoir affirmer ou refuser d'affirmer la présence d'un horizon.

Bref, en un sens, les trous noirs sont déduits par une preuve à la Sherlock Holmes : une fois enlevé tout ce qui est impossible (astre compact d'équation d'état ordinaire, gaz froid, etc), l'hypothèse restante (trou noir) est forcément la vérité.

Si vous voulez vraiment voir un horizon, il faut faire de l'astronomie gravitationnelle, où en étudiant les ondes gravitationnelles repérées par votre détecteur favori (VIRGO, LIGO, LISA), vous pouvez en principe exhiber l'horizon par le fait que vous mettez en évidence les modes propres de vibration d'un horizon. Ceci dit, vous aurez toujours des esprits chagrins pour vous dire que non, cela ne prouve rien, que si ça se trouve il y a autre chose auquel on n'a pas pensé, etc, etc (si ça se trouve, nous sommes tous dans la Matrice, ou alors voyons l'action de la Main de Dieu qui imite des lois physiques qui en réalité ne sont qu'une illusion produite par cet Être Suprème facétieux...).

Ce qui est certain par contre, c'est que 1) la formation des trous noirs est prédite par les lois de la gravitation qui décrivent par ailleurs l'ensemble des phnomènes gravitationnels connus 2) Pour ne pas avoir la possibilité de l'existence des trous noirs dont la formation est remarquablement générique, il faut changer les lois de la gravitation, au prix de les laisser faire des choses largement plus bizarres que des trous noirs 3) en tout état de cause, si ce que vous voyez en regardant Sgr A* n'est en réalité pas un trou noir, vous n'avez a) aucune idée de ce que cela pourrait être b) aucune explication sur le fait que notre univers ne comporte pas de trous noirs.

[PascalD 4 383]

Merci pour cette réponse très complète.

[Kaptain 5 880]

L'APOD d'aujourd'hui donne la réponse au "pourquoi 16 ans": c'est le temps qu'a mis une étoile, dénommée S2, à faire une orbite complète autour du monstre.

[Bruno- 3 978]

Ah, ben j'allais poser la même question que PascalD... Il me semble que jusqu'à présent, on a juste prouvé que l'objet au centre de la Galaxie a bien la masse et la compacité qu'on soupçonnait, et donc que si la théorie des trous noirs est exacte, ç'en est en. Mais on n'a toujours pas confirmé la théorie des trous noirs. Si ?

dg2 : « une fois enlevé tout ce qui est impossible (astre compact d'équation d'état ordinaire, gaz froid, etc), l'hypothèse restante (trou noir) est forcément la vérité. »

À condition que la théorie soit juste, ce qui ne me paraît pas forcément confirmé.

« d'autres personnes vous diront que la silhouette sombre ne prouve pas l'existence d'un horizon »

Oui mais c'est déjà ça ! Si j'ai bien compris, ça n'a pas encore été fait, mais ça pourra l'être dans 5 ou 10 ans. Il me semble que cette observation serait particulièrement importante, plus que le calcul précis de la masse et la compacité du mystérieux objet au centre de la Galaxie.

« en étudiant les ondes gravitationnelles repérées par votre détecteur favori (VIRGO, LIGO, LISA), vous pouvez en principe exhiber l'horizon par le fait que vous mettez en évidence les modes propres de vibration d'un horizon. Ceci dit, vous aurez toujours des esprits chagrins pour vous dire que non, cela ne prouve rien »

Là encore, ce serait néanmoins une belle confirmation ! Donc il y a encore de belles découvertes à faire...

[dg2 2 033]

> Ah, ben j'allais poser la même question que PascalD... Il me semble que
> jusqu'à présent, on a juste prouvé que l'objet au centre de la Galaxie a
> bien la masse et la compacité qu'on soupçonnait, et donc que si la
> théorie des trous noirs est exacte, ç'en est en. Mais on n'a toujours
> pas confirmé la théorie des trous noirs. Si ?

En gros, oui. Vous avez des théorèmes de Penrose et Hawking qui vous expliquent que la formation des trous noirs est inéluctable en relativité générale quand les conditions initiales sont favorables (celles d'un effondrement stellaire, par exemple). L'aspect remarquable de ces travaux est qu'ils sont *indépendants* de la théorie de la gravitation considérée, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas explicitement basés sur la relativité générale. Ils font juste l'hypothèse que la théorie de la gravitation qui décrit ces configurations est attractive, métrique et causale. Attractive au sens où les objets s'attirent toujours (donc pas de trucs style énergie noire avec une pression trop négative, dont on ne voit de toute façon pas comment elle pourrait jouer un rôle dans ce contexte), causale au sens usuel du terme (pas de voyages dans le temps possible, quoi), et métrique au sens où elle est décrite par une déformation de l'espace, ce dont on a une foultitude de confirmations expérimentales (entre autres les ondes gravitationnelles et l'universalité de la chûte libre). Dire dans ce contexte que la théorie pourrait être fausse relève bien plus de la superstition ou de l'acte de foi que de l'objectivité scientifique.

> À condition que la théorie soit juste, ce qui ne me paraît pas forcément
> confirmé.

Si, cf ci-dessus. Mais il est vrai que des gens n'aiment pas ce genre de preuve. Ceci dit, ce sont surtout des gens qui ne maîtrisent pas les théorèmes de Hawking et Penrose. Donc il y a un biais, lié à leur méconnaissance du sujet qu'ils considèrent de fait comme également mal maîtrisé par le reste de la communauté scientifique (de la difficulté de reconnaître ses limites...).

> Oui mais c'est déjà ça ! Si j'ai bien compris, ça n'a pas encore été
> fait, mais ça pourra l'être dans 5 ou 10 ans. Il me semble que cette
> observation serait particulièrement importante, plus que le calcul
> précis de la masse et la compacité du mystérieux objet au centre de la
> Galaxie.

On a déjà des contraintes sur sa compacité puisqu'aucune structure interférométrique n'apparaît à 100 microarcsecondes d'arc, ce qui commence à vous suggérer que l'objet n'est probablement guère plus gros que deux ou trois fois son rayon de Schwarzschild (c'est un peu plus compliqué que ça, mais c'est l'idée). Au passage http://www.alma.nrao.edu/memos/html-memos/abstracts/abs499.html vous donne quelques aperçus des premières possibles images interférométriques que l'on peut espérer (pages 16 et 17, attention ce n'est pas très joli).

[ChiCyg 0]

Des mesures récentes semblent indiquer que Sgr A* a un diamètre plus petit que ce qui est attendu pour un trou noir de 3,6 millions de masse solaire : (Nature 455, 78) ou là in arXiv : http://arxiv.org/pdf/0809.2442v1
Traduction de la fin de l'abstract :

quote:

---

Nous rapportons ici des observation à 1,3 mm de longueur d'onde qui fixent à 37 (+16, -10; 3-sigma) microarcsecondes le diamètre intrinsèque de Sgr A*. C'est moins que la taille apparente attendue de l'horizon des événements du trou noir présumé, ce qui suggère que le coeur de l'émission de Sgr A* puisse ne pas être centré sur le trou noir, mais provienne du flot d'accrétion qui l'entoure.

---

J'ai traduit en supposant qu'il se sont plantés : "SgrA* emission may not be not centred on the black hole" et qu'ils voulaient écrire "SgrA* emission may be not centred on the black hole" dites moi si je me trompe.

Bien que les mesures interférométriques soient toujours sujettes à caution (la reconstruction d'image suppose toujours des a priori), il semble que la situation autour du centre galactique ne montre pas une limpide simplicité.

[Bruno- 3 978]

dg2 : « Dire dans ce contexte que la théorie pourrait être fausse relève bien plus de la superstition ou de l'acte de foi que de l'objectivité scientifique. »

Pas qu'elle est fausse !

Prenons les équations de Maxwell. Elles contiennent des solutions symétriques pour des temps décroissants (c'est ce qu'on m'a dit en fac, et je l'ai lu dans un de mes livres de vulgarisation). Ces solutions existent mathématiquement, elles sortent de la modélisation, mais on les écarte pour des raisons physiques : une onde qui remonte le temps, voyons, c'est pas possible ! Un peu de façon similaire, je serais bien tenté d'écarter la solution "trou noir" (surtout ceux avec singularités !) et de dire que la théorie, par ailleurs juste, atteint ici ses limites de validité.

« Ceci dit, ce sont surtout des gens qui ne maîtrisent pas les théorèmes de Hawking et Penrose. »

Voilà : tout ça sort des modèles mathématique. Mais normalement, il y a l'étape suivante : remonter au monde physique et interpréter les résultats mathématiques (faire le tri, quoi). Je fais confiance aux chercheurs, mais là, j'ai du mal à les suivre, j'ai un peu peur qu'ils se contentent de suivre leurs calculs. Cela dit, c'est comme ça qu'on fait en physique quantique et ça marche très bien. Bon...

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 11-12-2008).]

[ChiCyg 0]

Pour ceux que cela passionne et qui lisent l'english, il y a aussi un article récent au sujet des sursauts de Sgr A* observés simultanément par le VLT dans le proche infrarouge et APEX en sub-millimétrique.
C'est free et c'est là : http://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2008/47/aa10924-08.pdf

Juste le début de l'introduction qui répond un peu aux questions précédentes :

quote:

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Au centre de la Voie Lactée, à une distance de seulement 8000 parsec [25000 années-lumière], les orbites des étoiles ont prouvé de manière convaincante l'existence d'un trou noir super-massif (SMBH) d'une masse d'environ 4 millions de masses solaires à la position d'une source radio, infrarouge, et X compacte Sagittarius A*

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Et un bout de conclusion :

quote:

---

La structure de la courbe de lumière est cohérente avec la variabilité trouvée précédemment. Elle peut être interprétée comme l'émission de matière en orbite relativiste autour du trou noir super-massif. Cependant, l'émission variable d'un jet ou une explication basée sur la contribution d'une densité de flux issue d'un processus à bruit brownien ne peuvent pas être exclues.

---

[dg2 2 033]

> Je fais confiance aux chercheurs,
> mais là, j'ai du mal à les suivre

Vous confondez deux choses : la formation d'un horizon et ce qu'il se passe à l'intérieur. En pratique on se fiche assez royalement de ce qui se passe dans l'horizon (par définition causalement déconnecté de nous). La seule chose qui importe ici est de savoir si un horizon se forme, ce que l'on va dans ce contexte appeler "trou noir". Or il se trouve qu'un horizon n'a localement aucune propriété transcendentale. Exemple trivial : nous sommes sur l'horizon d'un hypothétique observateur extra galactique situé à x milliards d'années lumière : tel des MM. Jourdain cosmiques, nous sommes des horizons sans le savoir !

Il se trouve que l'on peut caractériser mathématiquement un horizon, à partir de ses propriétés globales (et non locales, cf ci-dessus), et déterminer un jeu de condition qui produisent son apparition (comme vous pouvez le faire trivialement dans un univers en expansion, ou simplement en considérant deux observateurs uniformément accélérés l'un par rapport à l'autre : les horizons existent aussi en relativité restreinte dans un espace parfaitement normal). Le résultat de cette analyse (qui n'est pas spécialement évident, sans être d'une complexité effroyable) est que oui, il n'y a rien d'anormal avec la formation d'un horizon. Aucune quantité physique que vous pouvez imaginer ne se comporte de façon pathologique sur un horizon (exemple trivial : un nageur qui traverse une rivière un peu trop près d'une chûte d'eau ne va rien ressentir de spécial au moment où il s'approchera trop près de celle-ci pour y échapper, de même qu'il ne se passe rien au moment où vous loupez la dernière station service sur l'autoroute qui vous aurait évité de tomber peu après en panne sèche). En fait, si on s'amuse a regarder ce qu'il se passe pour un observateur tombant sur un trou noir, vous n'avez strictement aucun moyen de réaliser à quel moment exact vous passez l'horizon. Le trou noir n'a ni une taille angulaire particulière (ne serait-ce que parce que celle-ci dépend de votre vitesse du fait de l'aberration), ou une quelconque apparence particulière (elle est toujours circulaire pour un trou noir sans rotation).

Qu'il se passent des choses bizarres à l'intérieur de l'horizon est dans ce contexte sans lien direct avec l'existence de l'horizon lui-même. Je vous accorde que c'est surprenant, mais c'est ainsi.

[Ce message a été modifié par dg2 (Édité le 11-12-2008).]

[ChiCyg 0]

Il y a une question (probablement idiote comme toutes mes questions , mais bon ...) qui me turlupine.

Lorsque le vaillant cosmonaute approche de l'horizon du trou noir, vu de notre planète, il semble ralentir et les photons qui nous en parviennent sont de moins en moins énergétiques jusqu'à ce que son image se fige et disparaisse progressivement. Mais si on se place du point de vue de cet intrépide, avant qu'il ne passe l'horizon, le rayonnement qu'il recevra du monde qu'il sera en train de quitter devrait être de plus en plus intense et énergétique.

En revenant à une situation plus réaliste, comment la matière peut-elle, sans dommage, traverser l'horizon d'un trou noir ?

[Bruno- 3 978]

« En pratique on se fiche assez royalement de ce qui se passe dans l'horizon (par définition causalement déconnecté de nous). La seule chose qui importe ici est de savoir si un horizon se forme, ce que l'on va dans ce contexte appeler "trou noir". [...] Qu'il se passent des choses bizarres à l'intérieur de l'horizon est dans ce contexte sans lien direct avec l'existence de l'horizon lui-même. »

OK, là c'est plus clair. Sans doute que j'ai lu un peu trop d'articles parlant de trous de ver et tout ça... Au fait, ce qu'on appelle le trou noir, c'est juste l'horizon, ou c'est ce qu'il y a à l'intérieur. Je pensais que c'était l'intérieur, mais vous avez l'air de considérer juste l'horizon (et je préférerai...)

Sinon, je suis curieux de connaître la réponse à la question de ChiCyg...