"Durée de vie" trou noir

[invite58c89bd1]

Si nous pouvons connaitre la durée de vie moyenne d’une étoile avant son explosion en super nova et/ou son effondrement en trou noir:

Plusieurs questions :

Connaissons nous aussi la durée de vie d’un trou noir ?

Si la durée de vie d’un trou noir n’est pas « éternelle » que devient-il ? (Étoile = parfois trou noir ; trou noir = parfois/toujours ?)

Dans tous les documentaires de vulgarisation cosmologique j’entends : « tout ce qui entre dans un trou noir est perdu à tout jamais ». Pourtant dans ces mêmes documentaires je voie que les trous noir ont des "éjections" (en hait et en bas). Premièrement qu’es que sont ses éjections ? De l’énergie ? (Je confonds peut-être avec les Quasar mais dans le docu "The Science of Interstellar" ils expliques et montrent bien un trou noir).

Deuxièmement je croyais que rien ne pouvait sortir d’un trou noir…

Merci pour vos réponses !
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[invite961c1941]

Slt

Nous ne connaissons pas la durée de vie des trous noir, d ailleurs ont ne connait pas beaucoup de chose sur les trous noir!!! C est un vaste domaine de recherche;
Une étoile ne se transforme pas toujours en trou noir quand elle meurt ; par ex notre Soleil ( pas assez massif) ne finira pas en super nova puis en trou noir ( ou étoile a neutron ) ,mais il se transformera en naine blanche entouré d une nébuleuse planetaire .
Pour ce qui est des éjections ( appelé quazar) qui proviennent des trous noir, en fait ,ces quazar proviennent du disque d acrétion qui se forme autour du trou noir , et donc ces rayonnement et particules n ont pas encore dépassé l horizon des évenements du trou noir , c est pour cela qu ils peuvent etre ejecté .
Donc , oui , rien ne peut sortir d un trou noir une fois l horizon des évenements ( point de non retour) dépassé.

Et qui c est, peut etre qu un jour, les trous noir rendront la matiere qu ils ont volé a lunivers , si la tehorie du Big Crunch se réalise.

[mmanu_F]

Connaissons nous aussi la durée de vie d’un trou noir ?
Si la durée de vie d’un trou noir n’est pas « éternelle » que devient-il ? (Étoile = parfois trou noir ; trou noir = parfois/toujours ?)

Salut,

si on ne prend pas en compte les effets quantiques un trou noir est éternel et rien ne peut en sortir. Mais il faut prendre en compte les effets quantiques. Il apparait alors qu'un trou noir s'évapore. Il rayonne avec un spectre d'émission (presque) thermique, c'est à dire suivant une loi de Stefan-Bolzmann. On peut montrer que la température (T) est inversement proportionnelle à la masse (M) du trou noir, soit T=1/M (avec toutes les constantes égales à 1 pour simplifier l'écriture). La loi de Stefan-Boltzmann nous dit que l'énergie (E) rayonnée par unité de temps et unité de surface (le carré du rayon du trou R²) est proportionnelle à la température au tesseract (hahaha) T⁴ et donc à 1/M⁴. Un seul ingrédient nous manque pour finir le calcul du temps de vie, la rayon du trou augmente linéairement avec sa masse : R=M.

On cherche donc le temps (t) au bout duquel toute l'énergie du trou sera évacuée par rayonnement. L'énergie totale du trou étant donnée aussi par sa masse, E=M, on a au final :

E/(t.R²)=T⁴

soit encore en remplaçant :

M/(t.M²)=1/M⁴

on obtient l'expression du temps de vie du trou noir :

t = M³

Pour les gros trous noirs formés par effondrement d'étoiles de quelques masses solaires ou plus ce temps est très long (il s'évapore très lentement), plus long que l'âge de l'univers. La température est aussi très faible ce qui rend ce rayonnement indétectable en pratique. On sait cependant que dans ce régime, les particules émises sont essentiellement celles qui ont les masses et les spins les plus faibles, c'est-à-dire des photons.

Plus le trou noir devient petit, plus l'évaporation devient efficace et un trou noir finit sa vie par une "explosion" pouvant contenir des particules plus massives (électrons/positrons).

[mach3]

Ajoutons que pour ce calcul, on suppose que le trou noir ne fait rien d'autre que s'évaporer, rien ne tombe sur lui. Si on prend en compte, à minima, la douche continue de photons provenant du rayonnement de fond, ce temps d'évaporation augmente. D'ailleurs seuls les trous noirs dont la masse correspond à une température supérieure à 3K (celle du rayonnement de fond) peuvent s'évaporer aujourd'hui (il peuvent rayonner plus d'énergie que le minimum qu'ils reçoivent). Pour les autres, il va falloir attendre que l'univers refroidisse encore.

m@ch3

[A voir en vidéo sur Futura]

[mmanu_F]

Pourtant dans ces mêmes documentaires je vois que les trous noir ont des "éjections" (en haut et en bas). Premièrement qu’est-ce que sont ses éjections ? De l’énergie ? (Je confonds peut-être avec les Quasar mais dans le docu "The Science of Interstellar" ils expliques et montrent bien un trou noir).

Maintenant que l'on connait le destin à long terme et essentiellement invisble d'un trou noir, on peut regarder ce qui se passe sur le court terme et de manière bien plus visible. Les jets observés aux poles d'un trou noir sont dus à la matière présente autour du trou noir, ils ne viennent pas de l'intérieur. La matière stellaire (et interstellaire à laquelle appartient certainement celle du film de Nolan et Thorne) tourne autour d'un trou noir comme autour de n'importe quel objet massif. Cepeandant, le trou noir est l'objet le plus dense existant ce qui rend la vie de la matière en rotation autour du trou extrêmement chahutée. Et plus elle est proche du trou noir, plus les phénomènes deviennent violents. Par exemple, la dernière orbite circulaire stable autour d'un trou noir de Schwarzschild se trouve à 3 fois son rayon.

Pour donner quelques détails, autour d'un trou noir il y a souvent des débris (provenant d'un compagnon stellaire par exemple) qui tombent continuellement dans le trou. Cette matière forme un disque (qu'on appelle un disque d'accrétion) qui tourne autour du trou. sous l'effet des collisions et autre phénomènes dissipatifs dans le disque, la matière perd progressivement de la quantité de rotation et se rapproche du trou, elle continue à tourner jusqu'à 3 fois le rayon puis elle finit par "tomber". (La quantité de rotation de la matière va conduire à mettre le trou en rotation aussi, rendant la description de la physique un peu plus compliquée, mais je ne veux pas rentrer dans ces détails.)

L'essentielle de l'énergie perdue par la matière lors de sa "lente" descente vers le gouffre est perdue sous forme de radiation électromagnétique, on peut calculer que pour un trou noir (toujours dans sa version la plus simple) la quantité d'énergie perdue par une particule massive est de l'ordre de 6% de sa masse. Est-ce beaucoup ? Eh bien si on considère, à titre compartif, les réactions de fusion nucléaire (qui font briller les Soleils et exploser les bombes à Hydrogène des infâmes bricoleurs) on constatera qu'elles libèrent 10 fois moins d'énergie (de l'ordre de 0.7% de la masse) ! Un trou noir est 10 fois plus efficace qu'une étoile ou mon oncle. (Les trous noirs en rotation, plus réalistes, sont encore plus efficaces.)

[Nicophil]

Bonjour,

les bombes à Hydrogène des infâmes bricoleurs

ou mon oncle.

Je proteste, ton oncle mérite tout notre respect : ce n'est pas "Mon oncle, infâme bricoleur" mais "Mon oncle, un fameux bricoleur" !

[mmanu_F]

Bonjour,

Je proteste, ton oncle mérite tout notre respect : ce n'est pas "Mon oncle, infâme bricoleur" mais "Mon oncle, un fameux bricoleur" !

wahou ! il y a des jours comme ça, on grandit un petit peu.

[Amanuensis]

Je proteste, ton oncle mérite tout notre respect : ce n'est pas "Mon oncle, infâme bricoleur" mais "Mon oncle, un fameux bricoleur" !

En poésie ça se prononce pareil (dans la chanson le e se prononcerait obligatoirement). BV a peut-être voulu l'ambigüité. Et, quand prononcé et non lu, l'auditeur est libre d'entendre ce qu'il a envie... Bref, le double-entendre est mieux que forcer l'un ou l'autre.

[mmanu_F]

Salut,

je viens de tomber dessus, et comme c'est la soirée des postes animés ...

disk+jetBH.jpg

(je suis pas sûr que les gif animés passent en entre des balises "attach" alors je donne le lien en ligne au cas où : http://jila.colorado.edu/~ajsh/insid...nt_640x360.gif). cette image n'est pas une vue d'artiste mais le résultat d'une simulation magnéto-hydrodynamique, réalisée sur un supercalculateur, du système disque + jets autour d'un trou noir (quelques détails supplémentaires)

[Amanuensis]

La question clé à propos de ce genre de dessin ou de dessin animé est si cela représente ce que peut effectivement voir un observateur donné, en un événement donné. Ou si c'est une image imaginaire, visant à représenter une connaissance.

Un titre de parallèle, voilà un exemple d'une image représentant une connaissance, mais ne correspondant pas à ce que pourrait voir un quelconque observateur: http://accromath.uqam.ca/accro/wp-co...oyau-terre.png. Cela ne joue pas sur l'espace-temps (comme je soupçonne être le cas pour les dessins de TN), mais c'est au fond la même idée: le dessin montre du non visible mais qui "est" à un certain sens, visualise ce qui n'est pas physiquement visualisable.

[mmanu_F]

Salut,

Les effets de distortion gravitationnelle liés à la "visualisation" (doppler, lentille, ...) du phénomène (magnéto-hydro-gravitationnel) ne sont effectivements pas pris en compte. J'imagine que ça pourrait être fait, genre https://wn.com/accretion_disk

[mmanu_F]

Les effets de distortion gravitationnelle liés à la "visualisation" (doppler, lentille, ...) du phénomène (magnéto-hydro-gravitationnel) ne sont effectivements pas pris en compte.

Salut,

je viens de recroiser le chemin du site de Andrew Hamilton et j'ai trouvé la page avec les explications plus détaillées : il y a un bon paquet d'effets visuelles effectivement pris en compte (en plus de la simulation magnétohydrodynamique/relativité générale de John Hawley). Sur la page liée il y a aussi une vidéo d'environ une minute de la plongée vers le trou.

http://jila.colorado.edu/~ajsh/insid...640x360_ms.avi

Il donne la liste suivante (ma traduction est approximative, certains élements ne sont pas clairs pour moi, ceux qui lisent l'anglais peuvent donner des précisions sur le texte original s'il leur parle plus qu'à moi) :

Les élements réalistes

• le disque et le jet (simulation magnétohydrodynamique/relativité générale de John Hawley)
• le lancer de rayon et le rendu volumique relativiste (RG)
• l'observateur est sur une géodésique de chute libre
• les effets relativistes (Doppler RR) liés au mouvement de l'observateur proche de la vitesse de la lumière sont inclus

Les élements semi-réalistes

• les couleurs ont une signification scientifique dans le sens que les différentes parties du jet et du disque sont décalées vers le rouge/bleu (rouge pour le jet, dû au grand Doppler (RR) transverse) de manière appropriée pour un corp noir. Mais le système est bien trop chaud pour être décrit simplement en terme de corps noir (cette partie n'est pas claire).

Les élements pas réalistes

• La géométrie est celle d'un trou noir chargé pas d'un trou noir en rotation (qui n'a pas encore été implémenté par Andrew). La structure des deux trous noirs est cependant similaire : ils ont une instabilité (d'inflation de masse) au niveau de l'horizon interne.
• Les simulations de John Hawley s'arrêtent à l'horizon externe où les "couches" s'empilent avec les coordonnées choisies. Andrew les a "étalés" à l'intérieur et n'a utilisé qu'un seul champ temporel (ma traduction de "frame", John en avait fourni 5000 en tout mais ils n'avaient pas la résolution suffisante à l'approche de l'horizon) rendant la rotation du trou noir en bloc (je croyais que le trou noir n'était pas en rotation...)
• Le film ne prend pas en compte les délais temporels entre les différentes parties de la scène (encore un effet secondaire de n'avoir pris qu'un champ temporel).
• La rotation en bloc continue toujours au même rythme jusqu'à l'horizon interne alors que l'horloge a été grandement ralentie pour donner l'impression (correcte) d'un mouvement continu.
• C'est le le flux radial du tenseur d'énergie-impulsion (Poynting) qui est représenté, mais ce n'est pas ce que verrait un observateur humain. Il permet de visualiser les structures turbulentes à petite échelle sur le disque et le jet y apparait très distinctement.
• La géométrie n'est pas modifiée sous l'effet de l'instabilité à l'horizon interne (approximation qui semble réaliste pour un trou noir astro avec un taux d'accrétion faible).

[mmanu_F]

bon, à la reflexion l'histoire de la rotation ou pas est claire : la géométrie ne correspond pas à celle d'un trou noir en rotation mais les simulation (ce qu'on voit) oui. du coup ça tourne (en bloc) même si le fond tourne pas.

[invite36ad5631]

https://www.youtube.com/watch?v=zSHpbUkwJE0
voila la meilleure reponse (je sais pas sur cette conf en particulier, mais je sais qu'il a calculer l'absurdité)
R. Lehoucq calcule un trou noir en rotation proche de la vitesse de la lumiere pour que le decalage temporel soit credible.
j'adore nos astrophysiciens d'etat. c'est comme ca que la science avance !
pas d'ironie ! vas y Roland !!!
je t'aime roland
rrrrrr. j'ai le flip de l'ôtre societé...