Jets des trous noirs

[invite3f26ccd5]

Bonjour à tous,

Je me pose deux questions concernant les trous noirs.
D'abord, je voudrais savoir comment était possible l'expulsion des deux jets de gaz aux "pôles" ( je ne sais pas si ce terme est correct ) du disque d'accrétion du trou noir : comment de la matière possédant une masse peut-elle s'en échapper alors que la lumière, sans masse, ne le peut pas ?
Ensuite, je me demandais si les trous noirs ne remettaient pas en cause l'existence des gravitons, particules vecteurs de la gravitation en mécanique quantique, ne possédant pas de masse. En effet, la vitesse de libération d'un trou noir est supérieure à la vitesse des luxons. Les gravitons ne devraient donc pas dépasser l'horizon du trou noir, et l'interaction gravitationnelle du trou noir ne devrait pas être ressentie au-delà de son horizon, non ?

Je tiens à préciser que mes connaissances en physique sont limitées, je connais quelques principes très basiques de la Mécanique Quantique et de la Relativité Générale, mais je ne pense pas être en mesure de comprendre certaines équations, ni les principes avancés de ces théories.

En espérant que vous pourrez m'éclairer.

Merci.
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[Deedee81]

Salut,

comment de la matière possédant une masse peut-elle s'en échapper alors que la lumière, sans masse, ne le peut pas ?

Les jets ne sont pas émis par les TN eux-mêmes mais par le disque d'accrétion de matière en rotation autour du TN.

Ce genre de phénomène se produit aussi pour les étoiles en formation.

Je ne connais pas bien le mécanisme.... je sais juste que c'est complexe et lié à la gravité, la rotation, le champ magnétique. Comme sur cette image.

http://4.bp.blogspot.com/_G-hp_IxqNh...0/opo9943e.jpg

Ensuite, je me demandais si les trous noirs ne remettaient pas en cause l'existence des gravitons, particules vecteurs de la gravitation en mécanique quantique, ne possédant pas de masse. En effet, la vitesse de libération d'un trou noir est supérieure à la vitesse des luxons. Les gravitons ne devraient donc pas dépasser l'horizon du trou noir, et l'interaction gravitationnelle du trou noir ne devrait pas être ressentie au-delà de son horizon, non ?

Non (bien que les gravitons sont de toute façon encore hypothétique).

D'une part si l'on prend la mécanique quantique en compte, les trous noirs ne sont plus si hermétiques que ça. Comme le montre le rayonnement de Hawking (évaporation des TN).

D'autre part, d'un point de vue classique, le champ gravitationnel autour d'un TN est en fait le champ gravitationnel de l'étoile qui s'est effondrée, juste avant la naissance du trou noir (la formation de l'horizon des événements). La gravité du trou noir est telle et la déformation de l'espace-temps telle que le temps est comme gelé autour du trou noir (pour un observateur extérieur, celui qui tombe dedans ne constate rien de spécial !). C'est en quelque sorte un champ gravitationnel fossile.

On peut donc parfaitement imaginer que les gravitons sont des gravitons virtuels échangés avec cette zone un peu extrême juste au bord de l'horizon du trou noir ===> ça c'est ma façon de le décrire, propablement très grossière et imprécise (voire fausse, donc attention, le domaine de la gravité quantique est encore très très mal connu, et pas que par moi).

[Deedee81]

J'oubliais :

la vitesse des luxons

Les particules quantiques correspondant à la lumière (et plus généralement aux ondes électromagnétiques) s'appellent des photons, pas des luxons .

[Carcharodon]

D'une part si l'on prend la mécanique quantique en compte, les trous noirs ne sont plus si hermétiques que ça. Comme le montre le rayonnement de Hawking (évaporation des TN).

Hmm j'aimerais en discuter :
Le rayonnement Hawking n'est-il pas justement une preuve indirecte de l’hermétisme, car il est dû au fait qu'une des deux particule tombe dedans alors que l'autre réussi tout juste a s'échapper, avant de tomber dedans ?
La particule qui s'échappe, c'est celle des deux qui ne franchit jamais l'horizon, justement, il me semble.
Ce qui fait de ce rayonnement un élément qui ne peut pas servir de preuve d’absence d’hermétisme, non ?
En fait, si il rayonne, c'est justement parce que si la particule (ou anti particule) tombe dedans, elle ne peut plus en sortir.
Si elle le pouvait, alors ce rayonnement n'existerait plus car les deux particules s'annihilerait, non ?

L'existence d'un rayonnement Hawking ne serait-il pas, en fait, justement, un indice de l'hermétisme de la bête ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Carcharodon]

... sinon, pour les jets des trous noirs, c'est de la matière qui s'est fait fortement accélérer au cours de son approche de l'horizon, mais qui ne l'a jamais franchi, et s'est vu éjectée selon les axes de polarité dus aux spécificités de l'astre (masse / rotation / charge).
Mais cette matière n'a jamais franchi l'horizon du TN, sinon, elle ne serait pas "ressortie".
Elle a eu bien chaud.
Et ça se voit !

Quelques illustrations et compléments ici.

[Deedee81]

Salut,

Hmm j'aimerais en discuter :
Le rayonnement Hawking n'est-il pas justement une preuve indirecte de l’hermétisme, car il est dû au fait qu'une des deux particule tombe dedans alors que l'autre réussi tout juste a s'échapper, avant de tomber dedans ?

Ca se discute, en effet, car ça dépend pas mal de l'interprétation.

Toutefois, je ne peux qu'approuver tes propos. J'ai pas mal potassé ça ces derniers jours et l'analyse de l'émission Hawking montre cela clairement (et les états d'énergie positive qui sortent sont même fortement intriqués avec les états d'énergie négative qui rentrent).

Je n'aime pas. Je cherche d'autres formulations (dans une approche semi-classique ça peut encore se faire). Mais tant que je n'ai rien je n'ai que du vent

Ce qui fait de ce rayonnement un élément qui ne peut pas servir de preuve d’absence d’hermétisme, non ?

C'est vrai.

En fait, si il rayonne, c'est justement parce que si la particule (ou anti particule) tombe dedans, elle ne peut plus en sortir.
Si elle le pouvait, alors ce rayonnement n'existerait plus car les deux particules s'annihilerait, non ?

Ca, ça reste assez difficile à dire.

Après tout, on observe aussi un rayonnement sans horizon, suffit d'avoir un espace-temps courbe (c'est une des raisons pour laquelle je n'aime pas l'approche traditionnelle du calcul du rayonnement de Hawking, je préfère celle utilisée pour la cosmologie comme dans http://arxiv.org/abs/gr-qc/0308048 section 5.2 Cosmological particle creation).

Mais faudra que je creuse la théorie et que j'arrive à me dépatouiller avec les équations avant d'argumenter là dessus plus sérieusement.

Sinon a priori mon affirmation de la non herméticité à cause du rayonnement de Hawking était quelque peu abusive. Merci de m'avoir recadré

[Zefram Cochrane]

bonjour,
j'aimerais bien savoir comme une énergie peut être négative :
E = (-m).c² c'est cela?
quel phénomène physique en permettrait sa création?

[invite3f26ccd5]

Merci beaucoup pour vos réponses.
Et pour répondre à Deedee81, un luxon est une particule de masse nulle. Le graviton et le photon en sont donc, et ont tous les deux la même vitesse.

[alain_r]

Si elle le pouvait, alors ce rayonnement n'existerait plus car les deux particules s'annihilerait, non ?

L'existence d'un rayonnement Hawking ne serait-il pas, en fait, justement, un indice de l'hermétisme de la bête ?

C'est plus complique que cela. Si vous avez une periode d'expansion encadree par deux etats statiques, vous avez aussi un rayonnement de type Hawking. Un trou noir ne rayonne pas parce qu'il a un horizon, mais parce que son horizon s'est forme a un moment donne.

[Deedee81]

Salut,

un luxon est une particule de masse nulle. Le graviton et le photon en sont donc, et ont tous les deux la même vitesse.

Ah tiens, c'est effectivement ce que dit Wikipedia. C'est marrant, je n'avais jamais vu ce nom !

bonjour,
j'aimerais bien savoir comme une énergie peut être négative :
E = (-m).c² c'est cela?
quel phénomène physique en permettrait sa création?

C'est essentiellement lié à la mécanique quantique.

Tout d'abord, la formule "correcte" est :


Ce qui veut dire que, au repos par exemple, deux solutions sont possibles :
E=m.c² et E=-mc²
(pour une masse positive)

En physique classique, pas de problème, les deux solutions sont totalement déconnectées et on peut considérer que la deuxième solution est un simple artefact non physique dû au carré.

En MQ les choses se compliquent. L'expression habituelle pour une onde plane (fonction d'onde) d'énergie E est exp(-w.t + kt) (k = vecteur d'onde, w = pulsation). La pulsation est reliée à l'énergie : E = hbar.nu. Et comme le signe + comme - peut exister dans l'exponentielle, ça peut correspondre à des états d'énergie négative.

En MQ non relativiste, pas de problème, là aussi les solutions sont déconnectées et on peut considérer uniquement les solutions positives. Il est vrai qu'on n'utilise pas la formule ci-dessus mais E = p²/2 (p = impulsion) + V (potentiel) qui après remplacement par des opérateurs donne l'équation de Schrödinger.

En MQ relativiste, les choses changent. Si on fait la même opération avec la première formule (E²=...) on obtient l'équation de Klein-Gordon (spin 0) ou l'équation de Dirac (spin 1/2). Et là, mauvaise surprise, les états d'énergie positive et négative sont couplés. En particulier, les états d'énergie négative ne peuvent être ignorés si l'on essaie de confiner les particules dans un domaine plus petit que la longueur d'onde de Compton. Ca correspond à une incertitude sur l'énergie de l'ordre de mc² (on sent se pointer la créaction des particules ).

A ce stade, les états d'énergie négative n'ont rien de spécialement mystérieux. L'état d'une particule correspond à un spectre d'énergie (par exemple le spectre de Balmer de l'hydrogène). Et le niveau 0 est totalement conventionnel. On peut toujours le déplacer. Et les états d'énergie négative sont donc des états comme les autres. Ce qui compte physiquement est la différence d'énergie entre deux états.

Malheureusement, il y a un os : puisque le spectre n'est plus limité vers le vas, un électron dans un atome, par exemple, peut descendre sur des états d'énergie négative et donc l'atome peut émettre indéfiniment de l'énergie.

Tout cela a été résolu par l'introduction d'une formulation multi particules (quantification du champ). Les états d'énergie négative remontant le temps devenant (après une simple reformulation mathématique) des états d'énergie positive allant dans le sens normal du temps et avec leurs charges inversées = anti-particules.

Les états d'énergie négative restent toujours possible. Par exemple dans des particules virtuelles (cela est autorisé par le principe d'indétermination temps - énergie) ou dans certains phénomènes comme le rayonnement de Hawking ou même dans l'effet Casimir (dans un des articles que j'ai lu ils montrent qu'il semble impossible d'exploiter les états d'énergie négative pour avoir de l'énergie perpétuelle ou pour violer le second principe).

J'espère ne pas avoir trop mal vulgarisé tout ça.

Etrange physique d'un monde étrange

[Carcharodon]

Après tout, on observe aussi un rayonnement sans horizon, suffit d'avoir un espace-temps courbe (c'est une des raisons pour laquelle je n'aime pas l'approche traditionnelle du calcul du rayonnement de Hawking, je préfère celle utilisée pour la cosmologie comme dans http://arxiv.org/abs/gr-qc/0308048 section 5.2 Cosmological particle creation).

C'est plus complique que cela. Si vous avez une periode d'expansion encadree par deux etats statiques, vous avez aussi un rayonnement de type Hawking. Un trou noir ne rayonne pas parce qu'il a un horizon, mais parce que son horizon s'est forme a un moment donne.

Je vais essayer de préciser ce que je crois en avoir compris de manière la plus claire possible et vous me corrigerez, si vous en avez le temps (merci d'avance ) :
En fait, le vide est sujet a des phénomènes de création /désintégration.
Si j'ai bien suivi, l'immense majorité de ces événements "s'annulent" : a peine créées, ces deux particules antagonistes se désintègrent.
(ici j'aurais bien besoin d'une précision sur le processus, précision accessible a un non matheux de préférence mais sinon je prends quand même, je les comprends de moins en moins mal ).

Le fait qu'il y ait un horizon peut permettre a l'une de devenir "plus facilement" en dehors de la portée de l'autre avant désintégration, non ?
ce qui ferait au final "qu'on pourrait dire" que l'horizon augmente le résidu de réaction, en permettant "plus souvent" a la création de ne pas être annihilées, non ?
ce qui ferait au final que l'horizon d'un trou noir ne ferait "seulement" qu'augmenter le taux apparent de production de particules / antiparticules par le vide , non ?

Le rayonnement Hawking ne serait-il pas, au final, une "simple" mise en évidence de l'augmentation de résidu de l'activité du vide, a cause d'un horizon de trou noir ?

merci pour votre aide

[Deedee81]

ce qui ferait au final "qu'on pourrait dire" que l'horizon augmente le résidu de réaction, en permettant "plus souvent" a la création de ne pas être annihilées, non ?
ce qui ferait au final que l'horizon d'un trou noir ne ferait "seulement" qu'augmenter le taux apparent de production de particules / antiparticules par le vide , non ?

Le rayonnement Hawking ne serait-il pas, au final, une "simple" mise en évidence de l'augmentation de résidu de l'activité du vide, a cause d'un horizon de trou noir ?

C'est pas mal ça comme raisonnement, et peut-être bien correct.

Malheureusement, je ne maitrise pas assez le sujet pour confirmer ou infirmer. Mais je travaille pour y arriver