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Jet de plasma (trous noirs)



  1. #1
    Texanito

    Jet de plasma (trous noirs)


    ------

    Bonjour,

    J'ai beau chercher, je n'arrive pas à trouver de réponses claire sur les fameux jets de matières qui se créent aux pôles d'un trou noir en rotation...

    De ce que j'ai compris : la matière tournante a des vitesses astronomiques autour du trou noir crée un puissant champ magnétique.

    Et alors ? La matière finit tout de même par plonger dans le trou noir non ? Comment se fait-il qu'on puisse observer autant de matière suivant les lignes du champ magnétique !?

    Merci d'avance !

    Texanito

    -----

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  3. #2
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Salut,

    Citation Envoyé par Texanito Voir le message
    J'ai beau chercher, je n'arrive pas à trouver de réponses claire sur les fameux jets de matières
    Ca ne métonne pas. Le mécanisme (à ma connaissance) est encore assez mal compris. Et ça ne concerne pas que les trous noirs. On a aussi de tels jets dans les disques de formation stellaire et proto-planéraires.

    S'il existe de la litérature précise sur le sujet (du mécanisme) ça doit être fort récent.

    J'ai vu qu'il y avait des centaines et des centaines d'articles sur les jets dans la rubrique astrophysique de ArXiv. Mais je ne les ai jamais lu et beaucoup doivent essentiellement concerner des observations. Des articles du style http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0503336 "Hydrodynamical scaling laws for astrophysical jets"

    Mais sans une aide, ça va être galère pour trouver ton bonheur dans une telle masse. Mais, bon, tu peux déjà jeter un coup d'oeil sur ArXiv. C'est déjà ça.
    Keep it simple stupid

  4. #3
    Calvert

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Salut !

    C'est de toute manière un sujet encore mal compris ! Pour ce qui concerne les jets relativiste dans les sursauts gamma, on peut par exemple regarder ça :

    http://fr.arxiv.org/abs/astro-ph/0207436

    ou ça :

    http://fr.arxiv.org/abs/astro-ph/9910034

    C'est par hyper-récent, mais ça donne déjà une idée...

  5. #4
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Toujours en anglais, un bel article de synthèse dans Science :

    Magnetohydrodynamic Production of Relativistic Jets (pdf - 10 pages).

    a+
    Parcours Etranges

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    En résumé :

    Pour modéliser le phénomène on peut imaginer un jeu de cours de récré. On se place en ligne en se tenant fermement par la main. A un bout de la ligne, un élève empoigne un poteau, et toute la file se met à tourner autours de l'axe. Evidemment, ceux qui se situent à l'autre bout ont du mal à suivre et la force centrifuge les éjectent vers l'extérieur

    Les élèves représentent les particules du plasma, les bras le champs magnétiques qui les relient, la réaction du sol la viscosité du milieu.

    Cette viscosité force les lignes de champs à se courber plus ou moins vers l'arrière et elles finissent par former une spirale autours de l'axe. Dans l'exemple des élèves, on conçoit que s'ils ne courent pas sur du bitume mais sur du sable, les plus extérieurs auront plus de mal à suivre, et la file sera plus courbée vers l'arrière.

    Ces lignes de champs ont tendance à se repousser et cela induit une pression magnétique perpendiculaire aux lignes de champs. Si les élève forment des tours et des tours on imaginent de même qu'ils vont finir par se repousser (radialement) en étant pressé les uns contre les autres.

    De plus, le champs va avoir tendance à réduire son énergie en raccourcissant ce qui exerce une tension circonferentielle (parallèle au ligne de champs). Cette tension magnétique le long de la ligne de champs tendant à la raccourcir force le plasma à se rapprocher de l'axe (force de pincement ou pinching force). C'est équivalent à l'effort que font les élèves pour tirer sur leur bras afin de rester proche de leur voisin.

    On a donc en résumant des particules de plasma éjectées vers l'extérieur comme les élèves qui tournent en ligne autours du poteau. Comme les plus extérieur n'arrive pas à tenir le rythme, la ligne forme une spirale. Ce qui augmente la pression interne du jet. Et au lieu que la pression les éjecte vers l'extérieur, la tension magnétique les ramène vers l'axe, il ne reste plus que les pôle pour partir ! Ils sont donc éjectés par la force centrifuge et la pression magnétique, mais parallèlement à l'axe.

    Schéma théorique :


    Configuration astrophysique correspondant à ce cas théorique :


    a+
    Dernière modification par Gilgamesh ; 30/04/2010 à 11h55.
    Parcours Etranges

  8. #6
    Deedee81
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Citation Envoyé par Calvert Voir le message
    C'est de toute manière un sujet encore mal compris !
    Ah ! Je suis pas trop out of date alors. Merci pour les documents,

    Oups, croisement avec Gilgamesh, merci aussi de cette explication détaillée.
    Keep it simple stupid

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  10. #7
    Carcharodon

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Expliquer aussi bien un truc pareil sans sortir une seule équation, alors là chapeau !
    Je vais juste regarder bizarrement les gosses de l'école d'à coté, par contre

    En lisant vos articles, je comprends mieux la complexité du phénomène, il reste encore du boulot en la matière !
    En pur ignorant du sujet, je pensais que l'explication des jets était beaucoup plus triviale que ça.
    Je vois que ce n'est vraiment pas le cas !

    Certaines images sont saisissantes, comme le jet de 20kpc de M87
    du document de Gilgamesh.
    Si je regardes M87, ça ne part que d'un coté, sur le doc
    http://www.physics.purdue.edu/~mlist...sci_291_84.pdf
    page 3
    j'ai commencé a être surpris : comment se fait-il que le jet puisse "préférer" un coté ?
    Et dans la légende :
    The approaching northwest jet is Doppler boosted, whereas the southeast one is virtually undetectable because it radiates away from Earth.
    wow ... très impressionnant sur cette image.
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

  11. #8
    Calvert

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Les jets sont mal compris, car difficile à simuler numériquement. Par contre, ils semblent que ce soit des phénomènes très "banals" en astrophysique, et qu'ils apparaissent presque systématiquement quand un disque d'accrétion est présent, et à des échelles très différentes :
    - pulsars
    - sursauts gamma
    - étoiles jeunes
    - quasar et autres noyaux actifs.

    Avec des énergies et des conditions physiques différentes.

  12. #9
    Carcharodon

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    C'était justement parce que j'en entendais "souvent" parler, en astrophysique, que je pensais qu'on en savait plus, sur un phénomène plus borné.
    Mais ce topic est très bien pour donner l'état de l'art !
    Et montrer au contraire l'extrême variété des configurations.
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

  13. #10
    Carcharodon

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Citation Envoyé par Calvert Voir le message
    Les jets sont mal compris, car difficile à simuler numériquement.
    Tu veux dire qu'on atteint pas une finesse de maille suffisante pour rendre compte de la complexité des champs (magnétiques et/voir gravitationnels) ?
    C'est parce que c'est bien plus complexe a faible échelle qu'une étoile qu'on est pas capable de calculer correctement encore ?
    La puissance de calcul serait insuffisante pour la théorie "calculivore" ou la théorie elle même doit-elle faire plus de progrès pour espérer avoir une simulation convenable ?

    Au final, (je vais y arriver) le frein est-il plus la puissance de calcul ou le niveau de la théorie dans ce que tu me dis ?
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

  14. #11
    Calvert

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Par exemple, dans le cas des GRB, qui est celui que je connais le mieux:

    - Le phénomène "moteur" repose sur un disque d'accrétion autour d'un trou noir. Donc, la taille typique est de quelques kilomètres.

    Cela nécessite évidemment des codes magnéto-hydrodynamiques multi-D, incluant la relativité générale.
    Un des phénomènes important est le transport/dépôt d'énergie par les neutrinos. Cette physique, dans les conditions physiques d'un coeur d'étoile en effondrement, sont mal connus (ne serait-ce que les équations d'état du milieu)...
    Il semblerait que la convection joue un rôle important. C'est aussi quelque chose de difficile à simuler (il faut des grilles très fines, entre autres).
    Last but not least : le temps caractéristique d'un effondrement stellaire est la milliseconde. Il faut donc suivre le processus avec un pas de temps très petit.

    - Ensuite, le jet traverse l'étoile.
    Taille typique : quelques rayons solaires, en gros, 5 millions de km.
    Temps caractéristique : quelques secondes.

    - Puis, le jet se propage. Il se forme des chocs (de nouveau, ceci implique une grille assez fine), qui génèrent le rayonnement gamma.

    On joue donc facilement sur 6 ou 7 ordres de grandeurs. Même si tous les phénomènes physiques étaient parfaitement maîtrisés (ce qui n'est pas le cas), cela resterait une très grosse simulation.

  15. #12
    Carcharodon

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Ok, je vois...

    Merci pour ces explications, je n'imaginais pas que ces monstruosités naturelles que sont les GRB étaient d'un tel niveau artistique

    Donc, il existe des simulations d'évènements partiels mais point encore de simulation globale de l'émission d'un jet de TN, et on est pas prêt d'en avoir une, vu, en plus, que les uns ne ressemblent pas forcément aux autres.

    Dans le cas d'un jet bipolaire dû à l'effondrement d'une supernovæ, que tu cites, on estime à combien la fraction de la masse initiale de l'étoile qui est éjectée par cette voie, durant ces quelques secondes, pendant l'émission du GRB ?
    Est-ce significatif ou marginal ?
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

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  17. #13
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Citation Envoyé par Carcharodon Voir le message
    Expliquer aussi bien un truc pareil sans sortir une seule équation, alors là chapeau !
    Je vais juste regarder bizarrement les gosses de l'école d'à coté, par contre
    J'ai vraiment joué à ça à l'école Ça faisait longtemps que je cherchais une image parlante pour m'expliquer à moi même le mécanisme MHD/ED des jets et je crois que j'ai enfin trouvé.

    En lisant vos articles, je comprends mieux la complexité du phénomène, il reste encore du boulot en la matière !
    En pur ignorant du sujet, je pensais que l'explication des jets était beaucoup plus triviale que ça.
    Je vois que ce n'est vraiment pas le cas !

    Certaines images sont saisissantes, comme le jet de 20kpc de M87
    du document de Gilgamesh.
    Si je regardes M87, ça ne part que d'un coté, sur le doc
    http://www.physics.purdue.edu/~mlist...sci_291_84.pdf
    page 3
    j'ai commencé a être surpris : comment se fait-il que le jet puisse "préférer" un coté ?
    Et dans la légende :

    wow ... très impressionnant sur cette image.
    En optique vu par le HST il est splendide aussi :



    a+
    Parcours Etranges

  18. #14
    Carcharodon

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    En optique vu par le HST il est splendide aussi
    Le plus difficile étant de bien saisir l'échelle
    c'est proprement gigantesque.
    c'est clair qu'en optique c'est encore plus wow.
    Restons superficiel pour ne pas fâcher

  19. #15
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    On peut même suivre la dynamique de l'éjection au VLBA (43 GHz)

    Une image (10 heures d'exposition) toute les 3 semaines du 27 janvier 2007 au 19 janvier 2008, soit 18 observations :



    1 mas = 0.078 pc - les 8 mas de l'images réprésentent donc 2 années lumières à peine !

    A cette échelle 1 c = 4 mas/yr. A 1,5 mas le mouvement est de 2,2 mas/yr (soit 0,6 c) et 1,5 mas/yr près du coeur : le jet accélère loin du "moteur".



    source
    Parcours Etranges

  20. #16
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    Et suivi par le HST, le mouvement est supraluminique (~ 5 à 6 c) sur la ligne de visée.



    source
    Parcours Etranges

  21. #17
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : Jet de plasma (trous noirs)

    .

    Schéma explicatif des mouvements supraluminiques



    Le nuage de gaz (blob) parcourt 5 al entre les position A et B en 6 ans, et sa vitesse réelle est donc de (5/6)c < c. Mais comme l'angle du mouvement par rapport à l'axe de visé est faible, son déplacement apparent sur la voute céleste est de 3 al transversalement et de 4al sur l'axe. La lumière émise en B atteint la Terre 2 ans seulement après celle émise en A et l'objet semble avoir effectué le déplacement apparent de 3 années lumières entre A et B en seulement 2 ans. Le mouvement apparait donc "supraluminique" pour l'observateur.

    a+
    Parcours Etranges

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