Comment un observateur « extérieur » verra-t-il un trou noir « absorber » un astre ?

[daniel100]

Bonjour à tous,

Nous n’avons pas d’observation directe de trou noir « absorbant » un astre, mais que des vues d’artistes

TN.JPG.


Mais que verrions nous vraiment si nous pouvions observer de près (distance terre/soleil par exemple) un tel phénomène ?

Ce que j’ai du mal à me représenter, c’est le mouvement de la matière qui se rapproche du trou noir.

Je précise : plus la matière se rapproche du TN, plus le temps propre de celle-ci va ralentir par rapport à nous observateur. On devrait donc observer un filet de matière ralentir au fur et à mesure qu’elle s’approche du TN, jusqu’à même se figer.

Ca fait tout de même bizarre visuellement, car d’un côte «ça va vite », et de l’autre ça se fige.

Ca donnerait l’impression que l’astre finirait par se concentrer entièrement sur le disque d’accrétion.

Je sais bien que ce n’est pas le cas, et que la matière tombe belle et bien, et même que c’est l’inverse qu’il se passe, la matière ne sera pas concentrée mais étirée.

Ma question repose sur L’OBSERVATION PAR NOUS A L’EXTERIEUR, et non pas sur le devenir, de la matière avalée.

Mon raisonnement tient-il donc la route ?

Merci,
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[Gilgamesh]

La matière va former un disque d'accrétion chaud et brillant (pour peu que sa densité ne soit pas trop faible) qui s'interrompt au niveau de la dernière orbite stable. la matière perd de l'énergie via les processus visqueux au sein du disque et spirale jusqu'à cette dernière orbite pour tomber ensuite comme une pierre vers l'horizon à une vitesse proche de c. Cette dernière orbite stable est d'autant plus resserrée que le moment de rotation du trou noir est élevé. A l'extrême, elle touche l'horizon. A ce niveau la matière est entrainée avec le référentiel d'espace (effet Lense-Thirring) et amhà sa vitesse observable n'est pas ralentie (un effet relativiste en compensant un autre). Par contre l'effet Einstein joue, d'autant plus que le trou noir est petit et on peut observer le disque s'assombrir de plus en plus à l'approche de l'horizon (redshift gravitationnel). Au niveau même de l'horizon, l'assombrissement est tellement prononcé qu'on n'observe plus rien et donc aucune accumulation : la matière disparaît bel et bien pour l'observateur.

[daniel100]

Au niveau même de l'horizon, l'assombrissement est tellement prononcé qu'on n'observe plus rien et on n'observe donc aucune accumulation : la matière disparaît bel et bien pour l'observateur.

OK! merci, ça me va.

[daniel100]

J’ai deux autres petites questions :

A-t-on des observations (certainement indirectes) de trous noirs absorbant quelque chose ?

Comment un trou noir peut-il absorber un astre ? le trou noir ou l’astre, se balade ici et la et entre en collision ? ne devraient-ils pas au final tourner l’un autour de l’autre ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

J’ai deux autres petites questions :

A-t-on des observations (certainement indirectes) de trous noirs absorbant quelque chose ?

Tu as déjà tous les coeurs actifs de galaxie (AGN pour active galaxy nucleus) : quasars, blazars, LINERs, galaxies de Seyfert, galaxies de Markarian...
Cala correspond à l'activité de trous noirs de masse galactique (de 100 millions à 10 milliards de masses solaires).

Ensuite tu as les systèmes binaires, formés d'un trou noir de masse stellaire et d'une étoile compagnon qui se fait tondre la laine sur le dos. Le système le plus connu est Cygnus X-1. Dans la même catégorie tu as également V404 Cygni, dans le Grand Nuage de Magellan.

Comment un trou noir peut-il absorber un astre ? le trou noir ou l’astre, se balade ici et la et entre en collision ? ne devraient-ils pas au final tourner l’un autour de l’autre ?

Dans le cas des AGN le trou noir se trouve au centre du bulbe, cad dans une région de très forte concentration stellaire (plus de mille fois la concentration stellaire qu'on trouve dans les bras galactiques). Les orbites stellaires y subissent de fréquentes modifications. De temps à autre, une étoile s'approche un peu trop près, et en deçà d'une certaine limite les forces de marée peuvent faire subir à l'étoile un bref mais intense épisode d'étirement-compression (crêpe stellaire) ce qui va distendre l'enveloppe et booster intensément les réactions thermonucléaires ; le résultat est que l'étoile est disloquée et que le gaz de son enveloppe va venir alimenter le disque d'accrétion du trou noir. Le centre galactique peut également être alimenté en gaz par la dynamique galactique globale.

Dans le cas des binaire, la flambée a lieu quand l'enveloppe de l'étoile compagne déborde du lobe de Roche, typiquement au cours de son ascension sur la branche des géantes rouges.

[daniel100]

De nouveau merci pour ces infos, c’est passionnant !

[Garion]

Bonjour,

Ça m'amène à poser une question.
Si un petit trou noir stellaire (qui n'a rien mangé depuis sa création) voit une grosse étoile foncer droit sur lui à grande vitesse (ça ne doit pas être courant,je vous l'accorde). Durant le temps nécessaire à la matière pour passer de l'horizon à la singularité, il doit bien y avoir une "protubérance" dans la forme du trou noir, la gravité n'était pas répartie uniformément de manière sensible.
J'essaie de comprendre le principe de la théorie de la calvitie des trous noirs. Est-ce que le trou noir n'a pas cheveux (c'est bien le nom qu'on donne à cette potentielle protubérance), ou est-ce qu'il perd ses cheveux rapidement, redevenant ainsi rapidement sphérique ?

Merci d'avance.

[Gilgamesh]

Bonjour,

Ça m'amène à poser une question.
Si un petit trou noir stellaire (qui n'a rien mangé depuis sa création) voit une grosse étoile foncer droit sur lui à grande vitesse (ça ne doit pas être courant,je vous l'accorde). Durant le temps nécessaire à la matière pour passer de l'horizon à la singularité, il doit bien y avoir une "protubérance" dans la forme du trou noir, la gravité n'était pas répartie uniformément de manière sensible.
J'essaie de comprendre le principe de la théorie de la calvitie des trous noirs. Est-ce que le trou noir n'a pas cheveux (c'est bien le nom qu'on donne à cette potentielle protubérance), ou est-ce qu'il perd ses cheveux rapidement, redevenant ainsi rapidement sphérique ?

Merci d'avance.

C'est la 2e solution. L'écart à la forme d'équilibre va se traduire par l'émission d'un train d'ondes gravitationnelles selon un "pattern" particulier qu'on appelle les modes quasi normaux, d'une durée et d'une fréquence inversement proportionnelle à la masse (une trille aigue pour un trou noir stellaire, un gong prolongé pour un trou noir galactique).

Ceci dit dans le cas que tu évoques, il ne se passera rien de tel, la perturbation étant réellement minime. Le trou noir va simplement traverser l'étoile, aussi facilement qu'une balle dans l'air, et va en ressortir habillé d'un joli disque d'accrétion ; au passage, il aura boosté les réactions thermonucléaire de l'étoile à un niveau tel qu'elle n'y survivra pas.

[Garion]

Ok, merci bien.

[Amanuensis]

Ceci dit dans le cas que tu évoques, il ne se passera rien de tel, la perturbation étant réellement minime. Le trou noir va simplement traverser l'étoile, aussi facilement qu'une balle dans l'air, et va en ressortir habillé d'un joli disque d'accrétion ; au passage, il aura boosté les réactions thermonucléaire de l'étoile à un niveau tel qu'elle n'y survivra pas.

Si on prend le cas d'une étoile à neutron arrivant à grande vitesse sur une étoile géante, disons 200 masses solaires? C'est différent?

[178m2Hf]

Bonjour,

Réponse dans cette vidéo :

http://www.youtube.com/watch?v=A_KBd0kSlAc

[Gilgamesh]

Si on prend le cas d'une étoile à neutron arrivant à grande vitesse sur une étoile géante, disons 200 masses solaires? C'est différent?

Tout dépend de l'écart de densité des masse, pour savoir s'il y a fusion des deux ou si le plus compact traverse le moins dense.

Comme je ne sais pas calculer la densité d'une étoile en partant de sa masse, je reprend un chiffre sur les étoile de population III classique dans le dernier HS de Pour la Science (N°83 Avr-Juin 2014 - article sur sur les étoiles noires, p35).

Pour une PIII classique on donne :
M = 780 masses solaires
R = 6 millions de km
soit une densité d=1,7

Et pour le faire à la louche, on va simplement comparer la masse de l'impacteur (1,4 masse solaire) avec la masse du tube de matière de diamètre la section de l'impacteur (un disque de 10 km de rayon) et de longueur le diamètre de l'étoile (2R), à la densité moyenne de l'étoile (d=1,7). On trouve que la masse du tube emporté par l'impacteur est de un millième de masse terrestre, soit trois milliardième de la masse de l'EN.

Donc pour moi y'a pas photo : ça traverse !

Après on peut se demander si la masse absorbée au cours du trajet serait suffisante pour convertir l'EN en TN. Pendant tout le temps que l'EN traverses l'astre de la matière va être accrétée, au taux maximal permis par la luminosité d'Eddington (au delà d'un certain taux d'accrétion, la pression de radiation bloque le processus à un maximum). Cette luminosité-crête correspond à un débit d'accrétion dépendant de l'efficacité énergétique d'icelle, elle même dépendant de la gravité de surface de l'astre... et on va prendre ce qu'on trouve dans la littérature à ce sujet :

Débit d'Eddington pour une étoile à neutron :



source : Basics of accretion

avec dm/dt le débit accrété
R et M la masse de l'étoile à neutron

soit un débit de l'ordre de 10¹⁶ kg/s

La durée de la traversée c'est en gros le ratio du diamètre de l'étoile par la vitesse de libération du système étoile+EN et on trouve que l'étoile à neutron met environ 2000 s pour traverser. Elle va accréter de l'ordre de 2.10¹⁹ kg soit un cent milliardième de masse solaire.

On n'est pas du tout dans les ordres de grandeur qui induiraient sa transformation en trou noir.