Toutes les galaxies ont-elles un trou noir en leur centre ?

[Deedee81]

Salut,

Dans les systèmes avec un très grand nombre de corps, il existe un phénomène appelé "évaporation". De temps en temps, avec les déviations divers et variées, un corps se fait éjecter de la galaxie.
Inutile de dire bien entendu que ce processus est extrêmement lent (la galaxie étant fort massive, elle tend à garder ses enfants en son sein).
C'est plus rapide dans des structures globulaires, mais dans des structures en disques c'est effroyablement lent.
Se faisant, une partie du moment angulaire est évacué ce qui permet le raccourcissement des orbites de certains corps.... donc vers le monstre situé au centre.

A terme, on devrait donc avoir un trou noir ayant absorbé une petite partie, une grande partie ayant en fait été éjectée. Le reste étant un disque de corps morts (vu les durées, il n'y aurait plus que des naines noires, etc..) tournant de manière non chaotique (orbites synchronisées, etc...). Ces corps finissent par tomber sur le TN en spiralant, par émission d'OG et raccourcissement des orbites.

Donc, à terme le TN fini par se retrouver tout seul. Un peu plus gros que maintenant, mais pas tant que ça. Mais les durées sont considérables. J'avais lu ça dans PLS où ils donnaient les chiffres. Ca se chiffre avec des durées du style 10^100 ans. Des durées astronomiques.... sans jeux de mots.

Avec les incertitudes sur une série de phénomènes, dont la stabilité des protons le risque d'un big rip et l'évaporation des TN, ce genre de spéculation sur des durées aussi phénoménales, c'est peu scientifique, pour dire le moins.
-----

[invitee6f0086a]

Bonjour,

Et les galaxies sans trou noir central, comment « finissent-elles » ?

[Deedee81]

Salut,

Et les galaxies sans trou noir central, comment « finissent-elles » ?

Dans un très très.... très lointain futur ?

Si le proton est instable, sous forme de photons et quelques électrons, positrons, et neutrinos.
Sinon, sous forme de poussière de fer (la probabilité que deux atomes fusionnent spontanément n'est pas nulle, mais elle est si faible qu'on peut attendre très très très longtemps (*). Il y a aussi un mécanisme d'érosion que je connais moins bien).

(*) et ça s'arrête au fer car c'est le point final de la fusion, la fusion d'un atome de fer consommant de l'énergie au lieu d'en produire.

[Deedee81]

Plus de détails ici :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Chrono...futur_lointain

[invite46b4a9f3]

Bonjour,

Petit déterrage

[invite46b4a9f3]

Bonjour on peut lire dans le lien :

"Toutefois, comme les données actuelles suggèrent que l'Univers est plat et ne s'effondrera pas sur lui-même après un temps fini[4]"

Pourquoi l'aspect plat de l'Univers l'empêcherait de s'effondrer?

[Gilgamesh]

Bonjour on peut lire dans le lien :

"Toutefois, comme les données actuelles suggèrent que l'Univers est plat et ne s'effondrera pas sur lui-même après un temps fini[4]"

Pourquoi l'aspect plat de l'Univers l'empêcherait de s'effondrer?

C'est une raisonnement très analogue à celui qui conduit à l'expression de la vitesse de libération.
Si on prend un univers qui ne contient que de la matière et du rayonnement, les deux ont un tenseur impulsion-énergie (énergie de masse + pression) qui ne contient que des termes positifs. En conséquence de quoi, la gravité est positive. C'est un constat banal (mais étrange, quand on compare la gravité aux autres forces !) : la gravité est une force purement attractive. En conséquence de quoi, l'action de la matière et du rayonnement est purement celle d'une force de freinage de l'expansion. Le freinage est proportionnel à la densité d'énergie (2e équation de Friedman). Cette densité diminue avec le temps, donc le freinage aussi. Donc y'a une dialectique entre l'expansion et son freinage. Plus l'expansion est rapide, plus ça dilue rapidement et donc moins le terme de freinage est important. Plus la densité est importante, plus ça ralentie l'expansion et plus le freinage reste important. C'est la même chose avec un caillou que l'on lance dans un champ de pesanteur : plus il va vite, plus il s'éloigne du champs de pesanteur et moins celui ci le freine. Plus le champ est important, plus la décroissance de la vitesse est importante et plus le freinage reste important. Au dela d'un certain seuil, pour un champs de pesanteur donné, le caillou retombe. Même chose pour l'univers. Aujourd'hui, nous mesurons l'analogue de la vitesse du caillou, le taux d'expansion de l'univers. On calcule pour un taux donné quel est la densité critique pour qu'il se recontracte.

La force de gravité exprime en fait la courbure de l'espace temps. Le raisonnement qui précède correspond à un raisonnement équivalent sur la courbure. Si l'univers ne contient que de la matière et du rayonnement, au delà d'une certaine densité il est dit elliptique et ça correspond au fait qu’après avoir atteint une dimension maximale, il se recontracte. Si la densité est pile la densité critique, il est plat cad euclidien, et il continue son expansion mais à un taux qui tend asymptotiquement vers zéro.

Les choses sont différentes si l'univers contient une autre forme d'énergie qui gravite négativement, ce qu'on appelle l'énergie sombre, un avatar de la constante cosmologique. Dans ce cas, il peut avoir la densité critique, et donc avoir une courbure nulle mais continuer son expansion à un taux qui tend asymptotiquement vers un valeur directement reliée à celle de la cte cosmologique.

[invite1b1bebd9]

Le trou noir a un effet local sur le mouvement des étoiles, et on déduit sa masse de la dispersion des vitesses stellaires dans le bulbe galactique, par élargissement du spectre.

Tu veut dire Redshift par élargissement du spectre?

[Gilgamesh]

Tu veut dire Redshift par élargissement du spectre?

Non, c'est un effet supplémentaire.

Les raies spectrales se définissent par deux caractéristiques intrinsèques :
- une longueur d'onde au repos
- une largeur intrinsèque liée à l'inverse de la demi-vie de l'état d'énergie. Par exemple les atomes d'hydrogène qui émettent la raie à 21 cm passent près de 10 millions d'années dans cet état avant de switcher, la raie est donc intrinsèquement hyper étroite.

Le décallage de la longueur d'onde est dû à la vitesse propre d'ensemble de la source v sur la ligne de visée + le redshift cosmologique

L'élargissement de la raie est dû à la dispersion des vitesses de la source autour de sa vitesse d'ensemble.

Dans le cas d'un trou noir au sein d'un bulbe galactique, sa masse énorme implique des vitesses orbitales Δv élevées des étoiles du bulbe (loi de Kepler). A une distance donnee du centre, la moitié des étoiles du bulbe s'eloigne de nous a la vitesse v+ Δv, l'autre moitié s'eloigne de nous a la vitesse v-Δv. Cela se traduit par un élargissement de la raie mesurée sur le bulbe. Et on peut en déduire une vitesse orbitale maximale qui permet de "lever le lièvre" c'est-à-dire la présence d'un objet dense autour duquel une fraction des étoiles orbite a une vitesse Δv très élevée.

[Mailou75]

Bonsoir,

Si je prends deux objets formant un système isolé en théorie classique. On les suppose de masse équivalente et ayant tous deux une orbite elliptique autour d'un centre de gravité fixe G. Au périastre ils seront tous les deux proches et à l'apoastre tous les deux éloignés de G.

J'ajoute à ce système un troisième objet (plus léger pour les besoins de l'expérience et ne pas perturber G, mais on pourrait supposer d'emblée un système à 3 corps pour un même G). On a maintenant 3 objets orbitant (ellipses) autour d'un point G immatériel.

Je pense que vous avez compris où je veux en venir... Si je prend un système en "équilibre" à N corps, N pouvant être trèèèès grand (galaxie) qui orbitent autour d'un point immateriel G, avec une inertie telle que si j'envoie un objet de masse négligeable devant la masse totale du système alors celui ci ne perturbera pas la position de G. Si il est envoyé proche de G il adoptera une course elliptique autour d'un point G immateriel.

Puisque c'est l'observation d'étoiles proche du centre de notre galaxie en orbites elliptiques autour d'un objet invisible qui nous fait interpréter le phénomène comme un trou noir, la question est la suivante : peut on s'en passer ?

(Il faut interpréter G comme le centre de la déformation de l'espace temps auquel devra se soumettre une particule de masse négligeable devant le système préexistant)

Merci

Mailou

[Gilgamesh]

Bonsoir,

Si je prends deux objets formant un système isolé en théorie classique. On les suppose de masse équivalente et ayant tous deux une orbite elliptique autour d'un centre de gravité fixe G. Au périastre ils seront tous les deux proches et à l'apoastre tous les deux éloignés de G.

J'ajoute à ce système un troisième objet (plus léger pour les besoins de l'expérience et ne pas perturber G, mais on pourrait supposer d'emblée un système à 3 corps pour un même G). On a maintenant 3 objets orbitant (ellipses) autour d'un point G immatériel.

Je pense que vous avez compris où je veux en venir... Si je prend un système en "équilibre" à N corps, N pouvant être trèèèès grand (galaxie) qui orbitent autour d'un point immateriel G, avec une inertie telle que si j'envoie un objet de masse négligeable devant la masse totale du système alors celui ci ne perturbera pas la position de G. Si il est envoyé proche de G il adoptera une course elliptique autour d'un point G immateriel.

Puisque c'est l'observation d'étoiles proche du centre de notre galaxie en orbites elliptiques autour d'un objet invisible qui nous fait interpréter le phénomène comme un trou noir, la question est la suivante : peut on s'en passer ?

(Il faut interpréter G comme le centre de la déformation de l'espace temps auquel devra se soumettre une particule de masse négligeable devant le système préexistant)

Merci

Mailou

Théorème de Gauss : on orbite autours de ce que l'on a sous ses pieds.

La courbe théorique des vitesses orbitales part de zéro au centre de la galaxie, pour atteindre un maximum au bord.

Donc l'étoile S2 devrait avoir un vitesse orbitale qui correspond à la perturbation de ses proches voisines, soit quelques centaines de m/s et pas 5000 km/s au périapse, comme observé

[Mailou75]

Salut,

Théorème de Gauss : on orbite autours de ce que l'on a sous ses pieds.

Je ne comprends pas... Le premier système décrit, deux orbites elliptiques de deux masses égales dont le foyer est le centre de gravité du système, la base des orbites de Kepler quoi, ça n'existe pas ? Parcequ'il n'y a rien "sous leur pieds", les masses orbitent bien autour de d'un centre immatériel.
Je ne vois pas en quoi poursuivre cette logique devient faux ??

Merci

[Gilgamesh]

Même à deux corps, si tu mets le troisième corps à l'intérieur de l'orbite des deux premiers, il n'orbitera pas autours de G. A deux corps toutefois, le problème n'est pas évident puisque la distribution des masses n'est pas homogène et qu'il y a toujours une force résultante, mais quand tu prend la limite à N infini et que la distribution est grosso modo homogène, ce qui s'approche du cas galactique, tu te ramène au cas classique d'une sphère creuse ou d'un anneau. Le corps que tu places à l'intérieur est en impesanteur : résultante des forces nulles.

[Mailou75]

Même à deux corps, si tu mets le troisième corps à l'intérieur de l'orbite des deux premiers, il n'orbitera pas autours de G. A deux corps toutefois, le problème n'est pas évident puisque la distribution des masses n'est pas homogène et qu'il y a toujours une force résultante, mais quand tu prend la limite à N infini et que la distribution est grosso modo homogène, ce qui s'approche du cas galactique, tu te ramène au cas classique d'une sphère creuse ou d'un anneau. Le corps que tu places à l'intérieur est en impesanteur : résultante des forces nulles.

Juste au milieu peut être, mais un poil à coté n'y a-t-il pas une "force" qui de ramène vite fait au centre ?
Pour le cas : 2 orbites elliptiques + une masse négligeable je demande à voir !? Si il est envoyé proche de G je mise qu'il tourne autour.

Prenons les choses d'un autre point de vue. Quand on mesure la déviation d'un rayon lumineux par une galaxie, on estime bien que la courbe dépendra de la masse de la galaxie, de la masse totale indépendamment de la répartition des objets (ça pourrait être une grooose planète ca serait kif kif). Si la courbure de l'espace temps au delà de l'objet (masse éparpillée) est donnée par la masse de l'ensemble, alors il doit exister une courbure générale et celle ci a bien un centre (sinon je me demande ce qu'on calcule..). De plus le maximum de potentiel étant donné en bordure extérieure de l'objet, celui ci ne peut que diminuer en allant vers le centre. Autrement dit le "profil trou noir" de l'espace temps est donné par la matière : il a une valeur (masse) un centre et une "pente moyenne" Tu vois ce que je veux dire ? La particule jetée la dedans n'aura pas d'autre choix que de suivre la courbure préétablie sur laquelle elle n'influe pas, comme le fait la lumière.

Merci

Mailou

[Gilgamesh]

Juste au milieu peut être, mais un poil à coté n'y a-t-il pas une "force" qui de ramène vite fait au centre ? Pour le cas : 2 orbites elliptiques + une masse négligeable je demande à voir !? Si il est envoyé proche de G je mise qu'il tourne autour.

Non, il n'y a pas de force qui le ramène au centre. Il va évoluer selon une trajectoire compliquée dont on ne peut pas donner de loi général (c'est la difficulté intrinsèque du problème des 3 corps), et ça ne se raisonne pas du tout comme une force qui le ramène au centre.

Prenons les choses d'un autre point de vue. Quand on mesure la déviation d'un rayon lumineux par une galaxie, on estime bien que la courbe dépendra de la masse de la galaxie, de la masse totale indépendamment de la répartition des objets (ça pourrait être une grooose planète ca serait kif kif). Si la courbure de l'espace temps au delà de l'objet (masse éparpillée) est donnée par la masse de l'ensemble, alors il doit exister une courbure générale et celle ci a bien un centre (sinon je me demande ce qu'on calcule..).
De plus le maximum de potentiel étant donné en bordure extérieure de l'objet, celui ci ne peut que diminuer en allant vers le centre. Autrement dit le "profil trou noir" de l'espace temps est donné par la matière : il a une valeur (masse) un centre et une "pente moyenne" Tu vois ce que je veux dire ? La particule jetée la dedans n'aura pas d'autre choix que de suivre la courbure préétablie sur laquelle elle n'influe pas, comme le fait la lumière.

Oui, l'objet est dans un fort potentiel, et pour sortir de ce potentiel, il lui faudrait de l'énergie. Mais la force ici est donnée par le produit de la masse par le gradient de potentiel. Or le théorème de Gauss adapté à la gravité nous dit qu'au sein au sein d'une cavité vide situé au centre d'une sphère homogène de matière, ce gradient est nul. En l'absence de force, l'objet ne subit aucune accélération.

[Deedee81]

Salut,

Ceci dit, les corps massifs passant à proximité doivent forcément induire quelques perturbations (et c'est évidemment un écart à une répartition sphérique homogène), vu l'effet de moyenne (aspect soulevé plus haut par Gilga) et le fait que la gravité est en 1/R² ce sont les seuls à avoir des effets notables. Je ne sais pas de quelle ordre. Mais c'est forcément très faible car quand on regarde les trajectoires des objets en orbite autour des trous noirs, on a de belles ellipses kepleriennes, ce qui ne serait pas le cas si les corps subissaient d'importantes perturbations. Je suppose qu'en observant longtemps on finirait bien par voir une des étoiles dévier notablement de sa trajectoire à cause du passage proche d'un truc machin lourd (autre étoile, étoile à neutrons, ou même un trou noir stellaire).

[Mailou75]

Ok je vais vous faire confiance (provisoirement parce le modele des galaxies avec matiere noire ne me plait pas trop..)

Merci

Mailou

[pm42]

Ok je vais vous faire confiance (provisoirement parce le modele des galaxies avec matiere noire ne me plait pas trop..)

C'est marrant parce que ta question remettait en cause la présence d'un trou noir, pas celle de matière noire.
Et ça n'est pas du tout la même chose.

Tu ne confondrais pas un peu ?

[Mailou75]

Zut, j'étais persuadé qu'un trou noir était fait de matière noire ^^

[pm42]

Zut, j'étais persuadé qu'un trou noir était fait de matière noire ^^

Errare humanum est, perseverare diabolicum.

[Deedee81]

Zut, j'étais persuadé qu'un trou noir était fait de matière noire ^^

Non, sauf si on a rebouché le trou

Par contre, c'est un corps noir (Bekenstein/Hawking)

[Mailou75]

Non, sauf si on a rebouché le trou

Hehe
Cela dit c'est une question... La matière noire n'interagit avec la matière que de façon gravitationnelle. Que se passe t il si elle "tombe" dans un trou noir ??

[Gilgamesh]

Hehe
Cela dit c'est une question... La matière noire n'interagit avec la matière que de façon gravitationnelle. Que se passe t il si elle "tombe" dans un trou noir ??

Rien de particulier, elle va augmenter sa masse.

Mais comme la matière noire n'est pas dissipative, elle ne forme pas de disque d'accrétion. Donc ce qui tombe dans un trou noir, c'est le produit de la vitesse du "vent relatif" de matière noire, qui doit être très faible (quelques km /s ?) x la densité de matière noire (de l'ordre du GeV/cm³) x section du trou noir.

En ordre de grandeur, pour Sagitarius A (4 millions de masses solaires) ça donne un flux de l'ordre d'un cent-millieme de masse terrestre par milliard d'années. Ce n'est pas avec ça qu'on va nourrir le bestiau.

[Deedee81]

Hehe
Cela dit c'est une question... La matière noire n'interagit avec la matière que de façon gravitationnelle. Que se passe t il si elle "tombe" dans un trou noir ??

S'il s'agit bien d'une matière (des particules, ça reste à prouver même si c'est assez plausible), elle y reste.

Mais elle tomberait dedans moins facilement que la matière ordinaire. La raison en est qu'un objet (de la particule à l'étoile en passant par mon fauteuil) ne tombe directement que si la trajectoire est (quasi) radiale : une chance infinitésimale.
La plupart des objets sont en orbites (on en observe, on en a parlé plus haut). Et ceux qui vont assez près sont déchiquetés par les forces de marées (enfin, pas les particules mais mon fauteuil si, d'ailleurs faut voir dans quel état il est ), formant un disque d'accrétion dont le contenu plonge dans le trou noir essentiellement par viscosité (la chute en spirale par émission d'OG est infime) : la matière est freinée, chauffée avec émission de rayonnement et de jets (évacuation du moment angulaire, ce n'est pas propre au trou noir d'ailleurs). Mais la matière noire étant sans interaction : pas de viscosité, donc pas de chute rapide (au minimum un peu de viscosité dynamique due aux interactions gravitationnelles, mais c'est peau de chagrin). Ca veut d'ailleurs peut-être dire que les trous noirs ont un épais disque orbital noir mais ça va être sacrément difficile à vérifier. Peut-être avec une vue "en direct" assez précis et l'observation des trajectoires de petits corps, en particulier non situé dans le plan équatorial. L'avenir nous le dira... ou pas

[Deedee81]

Je viens de voir le croisement, désolé.

Je crois que j'ai dit une bêtise pour le "disque noir" car même dans ce cas, pour la mise en orbite proche, sauf coup de chance, celle-ci se fait aussi par dissipation. Donc, non, pas de disque noir.