Constitution d'un trou noir

[invite813b9116]

Bonjour,

Je me pose une question concernant la structure interne d'un trou noir...

Si une étoile à neutron est composée essentiellement de neutrons (neutrinium)...de quoi est composée un trou noir?

merci de votre aide
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[Deedee81]

Salut,

Je me pose une question concernant la structure interne d'un trou noir...

Si une étoile à neutron est composée essentiellement de neutrons (neutrinium)...de quoi est composée un trou noir?

Il est composé de... matière ! Mais sous quelle forme, ça, personne ne sait vraiment.

Le problème est double :

- D'une part tout la matière qui tombe dans un trou noir file vers la singularité centrale où elle est comprimée de manière extrême. Même si cette singularité n'est qu'une approximation, à cause de la gravité quantique, ça veut quand même dire que l'on a des milliards de tonnes de matière qui se trouvent comprimées dans un volume plus petit qu'un neutron !!!! Personne ne sait à quoi ressemble la matière dans cette situation. On manque de théorie adéquate pour modéliser ça.

- D'autre part, vu que tout est caché par l'horizon des événements, même si on avait un trou noir sous la main, on ne pourrait pas voir dans le trou noir. Et donc on ne saurait pas voir dans quel état est cette matière.

[papy-alain]

Bonjour.
Comme le dit Deedee, il est impossible de savoir ce qui se passe dans un trou noir, et donc il est difficile d'imaginer quelle peut être l'état de la matière qui s'y trouve. Cependant certains indices mesurables peuvent nous donner des indictions précieuses :
- Sa masse, facile à mesurer, donne une indication sur la quantité de matière qui s'y trouve.
- Son moment cinétique, plus difficile à mesurer, mais quand même possible. C'est ainsi qu'on a pu constater qu'un TN de Kerr pouvait connaître une rotation de l'ordre de 1000 tours par seconde. Ceci semble indiquer que la matière ne disparaît pas en un point infinitésimal, et qu'il existe une notion de volume, même si ce dernier paramètre est impossible à définir, vu que les équations mathématiques, basées sur la RG, conduisent à une singularité.
L'état de la matière qui s'y trouve reste un mystère. On peut imaginer (attention, ici, je parle bien d'imagination et non de faits avérés) que les forces gravitationnelles deviennent tellement intenses qu'elles supplantent l'interaction forte au sein des noyaux, et donc que toutes les particules seraient collées les unes contre les autres. Mais cela pose deux problèmes : d'une part, au centre d'un astre, la gravité est nulle. D'autre part, qu'est ce qui dans ce cas permettrait une vibration pouvant générer le rayonnement Hawking ? Ceci montre à quel point le mystère est grand. Peut être, dans l'avenir, la gravité quantique permettra-t-elle de comprendre certains aspects physiques des TN, mais pour l'instant nous sommes dans l'incapacité de décrire ce qu'est l'intérieur d'un TN.

[invite813b9116]

Merci à vous pour vos réponses précises

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Un nano bémol
(et dans la foulée quelques explications complémentaires)

Ceci semble indiquer que la matière ne disparaît pas en un point infinitésimal, et qu'il existe une notion de volume, même si ce dernier paramètre est impossible à définir, vu que les équations mathématiques, basées sur la RG, conduisent à une singularité.

La RG considère que la singularité est centrale mais s'accomode bien de la rotation. Car ce qui est en rotation n'est pas la singularité mais le champ gravitationnel. Et évidemment il y a une notion de volume si on considère l'horizon des événements (bien que cette notion soit quelque peu ambigüe en RG, on en avait déjà parlé ici).

Plus exactement, la matière qui s'effondre est non ponctuelle et est en rotation, elle tombe en spirale et a un moment angulaire. Cela se traduit dans le champ gravitationnel. Puis l'horizon des événements apparait et le champ gravitationnel, avec son moment angulaire, est comme "gelé" (à l'intérieur, la matière tombe aussi en spirale, mais cela n'a guère d'importance évidemment puisqu'il y a coupure causale avec l'extérieur. On ne peut même pas dire "pendant ce temps la matière continue à tomber sous l'horizon", le "pendant ce temps" est totalement trompeur. Et elle peut finir en singularité).

Le fait que le champ gravitationnel (ou kif : la métrique décrivant la géométrie de l'espace-temps) porte un moment angulaire ne veut pas dire que "quelque chose" tourne. Cela signifie simplement que les géodésiques sont courbées autour du trou noir. Ce qui se traduit même par une zone particulière, l'ergosphère, ou tout objet est inexorablement entrainé en rotation, quoi qu'il fasse, autour du trou noir. Tellement l'espace est distordu.

Par contre, la singularité pose d'autres problèmes. Notamment en mécanique quantique.

Je ne me prononcerai pas ici sur le rayonnement de Hawking puisque j'estime qu'il ne vient pas de l'horizon et cette idée est un peu iconoclaste Ca m'entrainerait un peu loin pour me justifier.

Note que tout cela ne nous aide pas à savoir quelle est la nature de la matière lorsqu'elle se retrouve (quasi) au centre. Je ne suis même pas sûr que dans cet environnement on puisse encore parler d'onde ou de particule !

Après la matière noire, après l'énergie noire, voici le point noir : l'état de la matière au centre du trou noir.

[invite813b9116]

Merci DeeDee81 pour ces informations supplémentaires.

Cela dit, je pense qu'il doit y avoir une notion de volume pour le trou noir car cette singularité ne peut être un point, qui est une entité mathématique sans dimension...et sans réalité finalement.


A la limite, je conçois le TN comme un objet qui détruit l'information lié à toute chose. Je m'explique un proton, un electron, un neutron possède chacun ses caractéristiques propres, dans un TN celles ci disparaissent...

[Deedee81]

Cela dit, je pense qu'il doit y avoir une notion de volume pour le trou noir car cette singularité ne peut être un point, qui est une entité mathématique sans dimension...et sans réalité finalement.

Attention, plus haut je parlais du volume du trou noir : volume de ce qui est enfermé sous l'horizon des événements. Noton très différente de la singularité centrale.

En RG, le volume sous l'horizon est mal défini à cause de la déformation extrême de l'espace-temps. Par contre, sa définition est claire pour un observateur extérieur et lointain. S'il considère le trou noir comme une déformation locale, une boule, dans un espace (quasi) euclidien, le volume est évident et est donné par la formule habituelle 4/3 pi R³ (R = rayon de Schwartzchild).

Mais tu as raison de qualifier cette singularité d'entité mathématique sans réalité. Il est évident que l'occurence de cette singularité en relativité générale marque là une limite de validité de la relativité générale.

A la limite, je conçois le TN comme un objet qui détruit l'information lié à toute chose. Je m'explique un proton, un electron, un neutron possède chacun ses caractéristiques propres, dans un TN celles ci disparaissent...

On sent approcher le paradoxe de l'information (y a un dossier Futura sur le sujet).

[papy-alain]

La notion de singularité ne fait que traduire l'impossibilité de décrire un phénomène physique avec les outils mathématiques à notre disposition. Se servir de ces outils pour exprimer quelque notion que ce soit n'a aucun sens. Résumer les caractéristiques intrinsèques d'un trou noir à un point central ou dire que certaines particules peuvent avoir telle ou telle propriété est donc dénué de sens, dans la mesure où l'expérimentation est impossible.

[Deedee81]

La notion de singularité ne fait que traduire l'impossibilité de décrire un phénomène physique avec les outils mathématiques à notre disposition. Se servir de ces outils pour exprimer quelque notion que ce soit n'a aucun sens. Résumer les caractéristiques intrinsèques d'un trou noir à un point central ou dire que certaines particules peuvent avoir telle ou telle propriété est donc dénué de sens, dans la mesure où l'expérimentation est impossible.

Doublement

Note que lorsqu'on aura (enfin) une théorie capable d'aborder ces conditions, elle ne sera pas totalement dénuée de sens physique car il y a bien une "singularité" qu'on peut "voir" : celle du bigbang. Ce qui s'est passé pendant la toute première fraction de seconde peut avoir laissé des traces détectables (dans les fluctuations du rayonnement fossile par exemple) et probablement aussi dans le rayonnement fossile neutrinos et d'ondes gravitationnelles. Si on sait les détecter un jour !!!!

[papy-alain]

Note que lorsqu'on aura (enfin) une théorie capable d'aborder ces conditions, elle ne sera pas totalement dénuée de sens physique car il y a bien une "singularité" qu'on peut "voir" : celle du bigbang. Ce qui s'est passé pendant la toute première fraction de seconde peut avoir laissé des traces détectables (dans les fluctuations du rayonnement fossile par exemple) et probablement aussi dans le rayonnement fossile neutrinos et d'ondes gravitationnelles. Si on sait les détecter un jour !!!!

Tout dépend de ce qu'on définit comme la singularité du BB. Personnellement, je suis persuadé que l'univers n'a jamais été plus petit que l'espace de Planck et que ce qu'on définit comme l'instant 0 n'est que le fruit de notre imagination, sans même faire appel à la notion de singularité. Admettre la réalité de l'instant 0 serait admettre que l'univers serait parti de rien, du néant absolu. La réalité de l'existence de l'univers nie physiquement cette notion, qui s'apparente à une création d'ordre philosophique ou religieux, hors de toute considération cartésienne.

[Deedee81]

Salut,

Je suis presque d'accord (voir ci-dessous).

Tout dépend de ce qu'on définit comme la singularité du BB. Personnellement, je suis persuadé que l'univers n'a jamais été plus petit que l'espace de Planck et que ce qu'on définit comme l'instant 0 n'est que le fruit de notre imagination, sans même faire appel à la notion de singularité.

Je suis d'accord. Ce que je veux dire c'est que le "tout début" du bigbang (qu'il soit de la taille de Planck, plus petit ou plus gros, qu'il ressemble à un point, un petit pois ou une boite de frommage) est de même nature que le centre du trou noir (un état de densité extrême ou la physique des particules actuelles ne s'applique pas).

On a donc là l'équivalent de ce qui se passe au centre du trou noir et qui peut avoir laissé des traces.

C'est surtout cela que je voulais mettre en évidence.

Admettre la réalité de l'instant 0 serait admettre que l'univers serait parti de rien, du néant absolu. La réalité de l'existence de l'univers nie physiquement cette notion, qui s'apparente à une création d'ordre philosophique ou religieux, hors de toute considération cartésienne.

Là je ne suis pas entièrement d'accord. Je vais m'étendre sur le sujet car je le trouve intéressant.

Je trouve que le "serait admettre" est un peu rapide. On ne peut pas considérer un hypothétique instant comme une naissance ou une création car l'un comme l'autre implique un changement... ce qui n'a pas plus de de sens que de parler d'un "avant" alors que le temps n'est défini physiquement qu'à partir de cette origine.

Il faut dans ce cas plutôt considérer l'univers comme un tout, sans se poser de question métaphysique sur une éventuelle création, en faisant abstraction du temps. Donc un ensemble complet avec son passé, son présent, son futur. Une bonne image de ça est la sphère (c'est plus facile d'imaginer un espace 2D qu'un espace 4D ). La surface de la sphère est l'univers dans son intégralité, espace et temps inclus. Les lignes de temps sont les longitudes et l'instant 0 un point particulier sur la sphère (étant donné l'expansion observée et l'absence probable de big crunch, un paraboloide ou une nappe d'un hyperboloide à deux nappes est meilleur, mais j'aime bien cette image de boule ).

En fait, ce pole n'a rien de spécial, ce n'est pas une création ex nihilo a partir de rien. Ce point est juste un point de la sphère, comme tous les autres. Chaque élément de surface (chaque petite partie de l'univers a un endroit et un instant) étant lié aux autres par des relations. Ces relations étant décrites par des règles permetant d'établir une direction privilégiée : ces longitudes (le temps, la causalité).

L'univers vu comme ça, peut être fini (la boule), semi-infini (paraboloïde, une nappe d'un hyperbolo£ïde à deux nappes) ou infini (par exemple un cylinde ou un hyperboloïde a une nape) dans le temps.

Peu importe. Dans tout les cas on a un univers avec une certaine structure, des règles internes de fonctionnement.

Cette histoire de création ex nihilo devient : mais pourquoi y a-t-il quelque chose (la boule, l'hyperboloide à une nape, le pré big-bang étant une des deux parties de chaque coté de "l'étranglement" de l'hyperboloïde) plutôt que rien ? On n'a pas de réponse et je doute qu'on puisse en avoir une. Bon, y a quelque chose, c'est un fait, voilà, c'est comme ça, maintenant à vos équations les cocos. L'important est qu'on puisse imaginer toute solution, comme celles issues de la RG, sans se poser de question métaphysique et sans être géné par une absurde création ex nihilo qui, en fait, n'a même pas besoin d'être envisagée.

Georges Lemaitre (qui, rappelons-le, était abbé) l'avait bien compris et dissociait parfaitement l'étude scientifique de cet instant 0 (son fameux atome primitif) de sa foi. Il n'a pas été très content lorsque le pape a fait le paralèle avec la création et il a même eut un entretien avec lui à ce sujet. Pour lui, la création était la création de tout (ma boule ) et pas ce t = 0 qui n'est qu'un instant physique comme les autres pouvant être décrit par la science.

Non, le problème de l'instant 0 n'est pas la création ex nihilo (qui n'a pas du tout besoin d'être envisagée) mais simplement la divergence à l'infini des quantités (température, densité,...) qui rend le point 0 singulier (au sens mathématique) et non physique.

La bonne solution décrivant l'espace-temps est certainement plus proche de l'hyperboloide à une nappe que de la boule. Mais pas parce que la boule a un petit coté métaphysique, même si elle ressemble à Aton

La bonne solution pour la rationnalité et éviter la métaphysique est de.... rester rationnel

[papy-alain]

Bonjour Deedee et merci pour tes explications détaillées.
Un des problèmes, à mon avis, est que la trace la plus ancienne que nous puissions observer est le rayonnement fossile. Son étude permet-elle de reconstituer tout ce qui s'est passé avant sa libération ? Tout ce qui s'est passé antérieurement est décrit de manière convaincante par les mathématiques. Je ne doute pas de la fiabilité du modèle, mais où se situe sa limite ? En remontant le temps, on se heurte au mur de Planck. Mais l'univers a-t-il eu réellement cette taille à un moment quelconque ? Difficile, voire impossible d'apporter une preuve par l'observation. L'étude très fine à laquelle s'est attelé le satellite Planck nous livrera ses résultats dans un an ou deux. Je ne doute pas que l'interprétation des résultats relancera le débat au sein de la communauté scientifique. Il reste tellement de choses à découvrir !

[Deedee81]

Un des problèmes, à mon avis, est que la trace la plus ancienne que nous puissions observer est le rayonnement fossile. Son étude permet-elle de reconstituer tout ce qui s'est passé avant sa libération ?

Tout, non. Une partie, oui, c'est clair, ce n'est pas un truc lisse et homogène et il contient donc des infos. Assez pour voir certaines choses concernant la première fraction de seconde : on ne sait pas encore.

Et il y a aussi les rayonnements fossiles neutrino et onde grav. Ils ont émis beaucoup plus tôt. Et il ne faut pas désespérer les mesurer un jour.

Tout ce qui s'est passé antérieurement est décrit de manière convaincante par les mathématiques. Je ne doute pas de la fiabilité du modèle, mais où se situe sa limite ?

Pas seulement les math ! Pense aux expériences avec les grands accélérateurs pour étudier les propriétés des particules dans ce domaine quelque peu exotique.

Ou plus prosaiquement, les calculs de nucléosynthèse utilisant quelque chose de bien validé : la physique nucléaire. Et les résultats ont laissé une trace indépendante du rayonnement fossile (et antérieure à celui-ci) : l'abondance des éléments primordiaux.

Toutefois, il est clair qu'il y a quand même une limite à la modélisation en fonction des informations dont on dispose (expérimentales et d'observations).

Bien définir cette limite est tout un travail en soit (peut-être pas assez étudié ? Je ne sais pas trop en fait).

En remontant le temps, on se heurte au mur de Planck. Mais l'univers a-t-il eu réellement cette taille à un moment quelconque ? Difficile, voire impossible d'apporter une preuve par l'observation.

Actuellement, je ne peux qu'abonder dans ton sens. Mais dans l'avenir ? J'ai cassé ma boule de cristal

L'étude très fine à laquelle s'est attelé le satellite Planck nous livrera ses résultats dans un an ou deux. Je ne doute pas que l'interprétation des résultats relancera le débat au sein de la communauté scientifique. Il reste tellement de choses à découvrir !

Tant mieux Non ?

[papy-alain]

Pense aux expériences avec les grands accélérateurs pour étudier les propriétés des particules dans ce domaine quelque peu exotique.

Ou plus prosaiquement, les calculs de nucléosynthèse utilisant quelque chose de bien validé : la physique nucléaire. Et les résultats ont laissé une trace indépendante du rayonnement fossile (et antérieure à celui-ci) : l'abondance des éléments primordiaux.

Ici, il y a tout de même un petit problème. La richesse des informations apportées par les accélérateurs est indéniable et a contribué grandement à la compréhension de beaucoup de choses en MQ. Mais pour reproduire les mêmes conditions physiques en vigueur à l'époque de Planck, il faudrait un accélérateur de particules qui ferait le tour de la Galaxie, tant les énergies à mettre en jeu sont monstrueuses. Il est donc impossible de vérifier par l'expérience ce qui a pu réellement se passer à cette époque.

Tant mieux Non ?

Ah ben oui, évidemment. Un seul regret : ne plus être là dans 10.000 ans pour voir l'état des connaissances scientifiques à ce moment.

[Deedee81]

Ici, il y a tout de même un petit problème. La richesse des informations apportées par les accélérateurs est indéniable et a contribué grandement à la compréhension de beaucoup de choses en MQ. Mais pour reproduire les mêmes conditions physiques en vigueur à l'époque de Planck, il faudrait un accélérateur de particules qui ferait le tour de la Galaxie, tant les énergies à mettre en jeu sont monstrueuses. Il est donc impossible de vérifier par l'expérience ce qui a pu réellement se passer à cette époque.

Ah oui, bien sur, je ne parlais pas spécifiquement de cette période mais de ce qui a précédé l'émission du rayonnement fossile (puisque avant tout était opaque).

Mais oui, pour la période de Planck, on n'a que dale. Même au niveau théorique on n'a pas grand chose !!!!

En fait, une période fort intéressante actuellement est la période de quelques secondes après le point 0. L'époque de la soupe de quarks ) gluons. On "touche du doigt" le coté expérimental et on commence à avoir de bons résultats théoriques.

On avance.... ou plutôt on remonte le temps.... petit à petit

Ah ben oui, évidemment. Un seul regret : ne plus être là dans 10.000 ans pour voir l'état des connaissances scientifiques à ce moment.

Oulà ! T'es encore plus pessimiste que moi toi

Vu la vitesse où les choses vont, moi je n'ose pas donner de délai.

[papy-alain]

Oulà ! T'es encore plus pessimiste que moi toi

Vu la vitesse où les choses vont, moi je n'ose pas donner de délai.

Notre seul espoir est de croire à la réincarnation

[invite813b9116]

Bonjour,

Je voulais savoir si parmi vous quelqu'un ou ..quelqu'une ....a lu le livre des Bogdanov....'Avant le Big bang'

Et si oui,....qu'en avez vous pensé?

J'avoue avoir accroché au début mais après...je crois qu'ils sont partis un peu ...en live...on va dire...

[papy-alain]

Bonjour,

Je voulais savoir si parmi vous quelqu'un ou ..quelqu'une ....a lu le livre des Bogdanov....'Avant le Big bang'

Et si oui,....qu'en avez vous pensé?

J'avoue avoir accroché au début mais après...je crois qu'ils sont partis un peu ...en live...on va dire...

Bonjour
Je n'ai pas lu le livre et je ne le lirai jamais. Ils ont la triste réputation de raconter n'importe quoi.

[Deedee81]

Salut,

J'ai lu des extraits et des critiques. Ca ne m'a vraiment pas donné envie de le lire.

[invite813b9116]

c'est ce que j'ai cru comprendre vers la fin du livre, c'était vraiment n'importe quoi...

[papy-alain]

c'est ce que j'ai cru comprendre vers la fin du livre, c'était vraiment n'importe quoi...

En attendant, tu as acheté le bouquin, alors eux ils sont contents.

[Mailou75]

Ca reste quand même le premier livre écrit par des extra terrestres