Deux questions sur les trous noirs

[Mailou75]

Bonsoir,

Comme l’indique le titre, j’ai deux petites questions sur les trous noirs :

- La premiere : Quelle est la masse du trou noir galactique (central) de la Voie lactée ? (en multiples de masse solaire Mo ou en kg n’importe) Et quel est, en ordre de grandeur le rapport entre ce poids et celui de la galaxie entiere (matière visible j’entends, sans la matiere noire) ?

- La deuxième : Elle a du etre posée au moins cent fois mais la reponse ne me revient pas. Puisque les OG, porteuses le la «mise a jour» de la deformation de l’espace temps, vont à la vitesse lumiere et que la lumiere ne peut s’echapper d’un trou noir, alors comment font les OG ? Si l’info suit les geodesiques lumiere elle devrait ne jamais sortir du trou noir !? (j’entends theorique, deja formé, promordial etc, je ne tiens pas a lire qu’on voit toujours une etoile en effondrement et jamais de trou noir, ce qui serait une absence de réponse).

Merci d’avance,

Mailou
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[0577]

Bonjour,

1)Masse du trou noir galactique central de la Voie lactée: 4,5.10^6 masses solaires.

Masse de la Voie lactée, ordre de grandeur: 10^11 masses solaires.

Rapport, ordre de grandeur:

2)De quelles ondes gravitationnelles parlez-vous? Pour un trou noir "formé, primordial, éternel..." et isolé, il n'y a pas (classiquement) de "mise à jour" et donc pas d'émission d'ondes gravitationnelles.

[invite555cdd43]

Puisque les OG, porteuses le la «mise a jour» de la deformation de l’espace temps, vont à la vitesse lumiere et que la lumiere ne peut s’echapper d’un trou noir, alors comment font les OG ?

La déformation n'est pas "émise" par le trou noir : c'est l'effet du "poids" de celui-ci sur l'espace-temps. Lorsque deux trous noirs fusionnent, leurs masses s'additionnent, l'espace-temps se déforme encore plus, et la déformation se propage sous forme d'ondes gravitationnelles, à la vitesse de la lumière.

Si l’info suit les geodesiques lumiere elle devrait ne jamais sortir du trou noir !?

Si tu as compris que l'espace-temps n'est pas émis par le trou noir, et que l'espace-temps est un environnement déformé par les masses et l'énergie, tu as ta réponse.

[saint.112]

En ce qui concerne la propagation des OG je parle sous le contrôle de mes camarades plus calés. Corrigez-moi si je me trompe.

La lumière suit les géodésiques de l’espace et dépend donc de la géométrie de celui-ci, laquelle est déterminée par les masses qui s’y trouvent. Derrière l’horizon d’un trou noir toutes les géodésiques conduisent vers lui, d’où l’impossibilité de s’en échapper. Les déformations de cette géométrie provoquées par le déplacement des masses ne suivent pas de géodésique, elles sont en quelque sorte les géodésiques. Une onde gravitationnelle est une déformation brutale donc mesurable de la géométrie.

Nico

[A voir en vidéo sur Futura]

[mach3]

- La deuxième : Elle a du etre posée au moins cent fois mais la reponse ne me revient pas. Puisque les OG, porteuses le la «mise a jour» de la deformation de l’espace temps, vont à la vitesse lumiere et que la lumiere ne peut s’echapper d’un trou noir, alors comment font les OG ? Si l’info suit les geodesiques lumiere elle devrait ne jamais sortir du trou noir !? (j’entends theorique, deja formé, promordial etc, je ne tiens pas a lire qu’on voit toujours une etoile en effondrement et jamais de trou noir, ce qui serait une absence de réponse).

Le système émetteur c'est l'ensemble des corps qui se tournent autour (trou noir ou non). C'est comme les ondes EM émises soit disant par les charges accélérées, elles sont en fait émises a minima par des dipoles, pas par les charges toutes seules (le champ entre les charges du dipôle se modifie et la modification se propage). Un système de deux corps qui gravitent l'un autour de l'autre (trou noir ou non) génère des ondes gravitationnelles. Elles ne sont pas émises par les corps, mais par l'espace-temps entre les deux corps (formulation un peu maladroite, mais je ne sais pas comment le dire), dont la courbure change continuellement.

Quand a la matière "sous l'horizon", ce n'est pas ses instances sous l'horizon qui compte, mais celles avant que l'horizon ne soit franchi (la gravitation en un évènement dépend de la matière/énergie/impulsion présente aux évènements qui sont sur le cône passé, pas des autres, et les évènements de l'horizon ne sont jamais dans le cône passé d'un autre évènement à moins qu'il ni soit lui-même).

m@ch3

[Mailou75]

Salut et merci (à tous),

1)Masse du trou noir galactique central de la Voie lactée: 4,5.10^6 masses solaires.

Masse de la Voie lactée, ordre de grandeur: 10^11 masses solaires.

Rapport, ordre de grandeur:

C’est noté merci.

2)De quelles ondes gravitationnelles parlez-vous? Pour un trou noir "formé, primordial, éternel..." et isolé, il n'y a pas (classiquement) de "mise à jour" et donc pas d'émission d'ondes gravitationnelles.

Ok, c’est juste en cas de changement. Finalement ce qu’on apelle OG c’est l’actualisation de la courbure, ce n’est pas la valeur non nulle de quelque chose (?)

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Quand a la matière "sous l'horizon", ce n'est pas ses instances sous l'horizon qui compte, mais celles avant que l'horizon ne soit franchi (la gravitation en un évènement dépend de la matière/énergie/impulsion présente aux évènements qui sont sur le cône passé, pas des autres, et les évènements de l'horizon ne sont jamais dans le cône passé d'un autre évènement à moins qu'il ni soit lui-même).

Humm donc si ce qu’on voit correspond à ce qu’on ressent alors on peut jeter n’importe quoi dans un trou noir, il ne grossira jamais vu de l´extérieur. C’est la poubelle du futur

[mach3]

Humm donc si ce qu’on voit correspond à ce qu’on ressent alors on peut jeter n’importe quoi dans un trou noir, il ne grossira jamais vu de l´extérieur. C’est la poubelle du futur

Attention, petites nuances quand même.
D'une part, c'est ce qu'on voit au sens de ce qui est sur le cône passé, pas au sens que c'est visible avec les yeux au pied de la lettre, parce que la nuit, j'ai bien des évènements localisés dans le soleil dans mon cône passé, et il est responsable de forces de marées sur ma personne, mais je ne vois pas le soleil à ce moment là (je le verrais si la Terre était translucide). Je me doute que c'était bien ça qui était entendu, mais il faut éviter toute ambiguïté (il y a bien des tordus qui pensent que la gravité est écrantée par les corps...).
D'autre part la direction des influences que l'on ressent pointent vers la position "actualisée" (au sens de la simultanéité définie par un certain référentiel où on est immobile) et non celle retardée. Par exemple imaginons que l'on programme une fusée pour se déplacer en ligne droite dans le système solaire (il y aura donc compensation permanente, via des rétrofusées latérales). On ressentira une accélération orientée vers une direction, qui ne sera pas la direction sous laquelle on verra le soleil, mais la direction où le soleil se trouvera d/c plus tard, d étant la distance au soleil : en gros l'image du soleil est victime de l'aberration, mais pas l'influence gravitationnelle (ce qui va donner l'illusion d'une force instantanée à distance et fait que la gravitation de Newton marche plutôt bien).

m@ch3

[papy-alain]

On ressentira une accélération orientée vers une direction, qui ne sera pas la direction sous laquelle on verra le soleil, mais la direction où le soleil se trouvera d/c plus tard, d étant la distance au soleil : en gros l'image du soleil est victime de l'aberration, mais pas l'influence gravitationnelle (ce qui va donner l'illusion d'une force instantanée à distance et fait que la gravitation de Newton marche plutôt bien).

m@ch3

Il y a déjà eu des discussions sur ce sujet, mais je n'ai jamais compris comment les forces de marée anticipent une position comme si l'information à distance était instantanée alors qu'elle se transmet à c.

[Amanuensis]

Le premier exercice est de comprendre comment cela marche en électromagnétisme (anticipation au premier degré, sur la vitesse, la force subie en t=0 est alignée vers M(-d/c)+ vd/c, v la vitesse, d la distance, M(t) la position de la charge), aucune erreur si la charge suit un MRU, comme la RR le demande.

Dans le cas de la gravitation, l'anticipation est au deuxième degré (vitesse et accélération, la force est alignée vers M(-d/c) +vd/c + 1/2 a (d/c)²), mais au fond le principe est le même.

[jacknicklaus]

Il y a déjà eu des discussions sur ce sujet, mais je n'ai jamais compris comment les forces de marée anticipent une position comme si l'information à distance était instantanée alors qu'elle se transmet à c.

c'est exactement le même phénomène qu'en électromagnétisme :
voir ici
https://en.wikipedia.org/wiki/Li%C3%...hert_potential
et notamment cette remarque :

Note that the n − β part of the first term updates the direction of the field toward the instantaneous position of the charge, if it continues to move with constant velocity c β . This term is connected with the "static" part of the electromagnetic field of the charge.

Hélas, je ne sais pas trop comment l'expliquer sans mettre les mains dans les équations.

[edit]
grillé par Amanuensis

[mach3]

Il y a déjà eu des discussions sur ce sujet, mais je n'ai jamais compris comment les forces de marée anticipent une position comme si l'information à distance était instantanée alors qu'elle se transmet à c.

c'est comme en électromagnétisme, ça peut se décomposer en un terme "électrique", qui dépend de la position retardée, et un terme "magnétique", qui dépend de la vitesse à la position retardée. Il y a en plus un terme radiatif (OEM, OG) pour l'accélération. Position retardée, vitesse et accélération (avec nuance pour la gravité, c'est pas aussi simple) à la position retardée permettent d' "extrapoler" à la position "actuelle" (au sens de la simultanéité définie par un certain référentiel où on est immobile). Par contre pas de terme sur les dérivées suivantes, donc si l'accélération varie entre temps, la position extrapolée ne collera pas avec la position qui sera réellement occupée.

m@ch3

doublé mais je laisse...

[Nicophil]

(il y a bien des tordus qui pensent que la gravité est écrantée par les corps...)

Quid des ondes gravifiques, puisqu'on pourrait, selon Feynman et Wheeler, en récupérer de la chaleur ? https://en.wikipedia.org/wiki/Sticky...#39;s_argument

[mach3]

Quid des ondes gravifiques, puisqu'on pourrait, selon Feynman et Wheeler, en récupérer de la chaleur ? https://en.wikipedia.org/wiki/Sticky...#39;s_argument

Je ne suis pas calé à ce point là, mais en prenant ça en considération, la mise à jour de la courbure par une onde gravitationnelle va effectivement être perturbée si l'onde traverse de la matière sur son chemin. J'imagine que l'effet est extrêmement faible, et de plus les autres composantes ("électriques" et "magnétiques"), ne sont pas affectées, donc on est loin de la prétention qu'ont certains, à dire que lors d'une éclipse de Lune, la Lune ne ressent plus l'attraction du Soleil...

m@ch3

[Nicophil]

J'imagine que l'effet est extrêmement faible,

Extrêmement faible à notre échelle, ça c'est sûr, mais la question est de savoir dans quelle mesure l'amplitude de l'onde est amoindrie à chaque fois qu'elle rencontre de la matière (qui absorbe forcément un peu de son énergie, non ?!) et comment alors calculer la distance entre nos détecteurs et la source ?

[shub22]

La déformation de l'espace-temps via la courbure, c'est la cause des ondes gravitationnelles ? Ou est-ce le contraire, les ondes gravitationnelles auraient-elles pour effet de déformer la courbure ?
J'avoue que je m'y perds !!

[mach3]

Extrêmement faible à notre échelle, ça c'est sûr, mais la question est de savoir dans quelle mesure l'amplitude de l'onde est amoindrie à chaque fois qu'elle rencontre de la matière (qui absorbe forcément un peu de son énergie, non ?!) et comment alors calculer la distance entre nos détecteurs et la source ?

A moins qu'un grand spécialiste passe, ou que des publications sur le sujet soit proposées en lien, je propose qu'on arrête là sur ce sujet, sinon on va partir sur de la spéculation gratuite et non souhaitable.

m@ch3

[Nicophil]

déformer la courbure ?

Modifier la courbure, oui. Anisotropiquement. Les détecteurs ne mesurent pas la courbure mais l'amplitude de son ondulation, de même qu'un détecteur d'onde sonore ne mesure pas la pression absolue mais l'amplitude de la "pression acoustique".

[Calvert]

A moins qu'un grand spécialiste passe, ou que des publications sur le sujet soit proposées en lien, je propose qu'on arrête là sur ce sujet, sinon on va partir sur de la spéculation gratuite et non souhaitable.

J'ai trouvé cette publication (version pair-reviewed: Phys. Rev. D 96, 084033 (2017)). Le résumé donne (en gras par moi):

We develop a unified description, via the Boltzmann equation, of damping of gravitational waves by matter, incorporating collisions. We identify two physically distinct damping mechanisms – collisional and Landau damping. We first consider damping in flat spacetime, and then generalize the results to allow for cosmological expansion. In the first regime, maximal collisional damping of a gravitational wave, independent of the details of the collisions in the matter is, as we show, significant only when its wavelength is comparable to the size of the horizon. Thus damping by intergalactic or interstellar matter for all but primordial gravitational radiation can be neglected. Although collisions in matter lead to a shear viscosity, they also act to erase anisotropic stresses, thus suppressing the damping of gravitational waves. Damping of primordial gravitational waves remains possible. We generalize Weinberg’s calculation of gravitational wave damping, now including collisions and particles of finite mass, and interpret the collisionless limit in terms of Landau damping. While Landau damping of gravitational waves cannot occur in flat spacetime, the expansion of the universe allows such damping by spreading the frequency of a gravitational wave of given wavevector.

[Nicophil]

spéculation gratuite et non souhaitable.

Les OG, on les observe "directement" depuis quelques années. Quant à notre connaissance des objets compacts, dont certains spéculent qu'ils pourraient être des "trous noirs" au sens plus ou moins rigoureux du terme, cet article permet de mesurer où s'arrêtent nos connaissances un minimum robustes et où commencent toutes les spéculations (souhaitables certes mais assez rapidement gratuites) : http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/20...-de-masse.html

[mach3]

Merci Calvert, c'est très intéressant.

m@ch3

[mach3]

...

bon, je n'ai pas été compris. Je voulais dire que speculer sur un sujet aussi pointu ici ne sert à rien si il n'y a pas de références fournies, et dans ces cas là, on sait très bien ce qui arrive, on fini rapidement en discussion de salon sans intérêt.

Quant aux "certains" qui "spéculent" sur les trous noirs, c'est leur job, et ce n'est pas gratuit ni à la portée du premier venu, il y a les données expérimentales à confronter aux prédictions. L'humilité, c'est connu? Ou alors il faut expliquer?

m@ch3

[Mailou75]

Merci à tous,

Hélas, je ne sais pas trop comment l'expliquer sans mettre les mains dans les équations.

Déjà fait ici http://forums.futura-sciences.com/as...ml#post5871393 j’ai pas encore regardé mais je compte bien le faire un jour... en tout cas c’est un poil hors sujet, du moins compliqué par rapport à la question.

[Garion]

Bonjour à tous,
J'ai une interrogation (et ce n'est pas la première fois), sur les phénomènes transitoires au niveau des trous noirs (et à chaque fois, soit, les explications dépassent ma compréhension, soit les explications s'appuient sur des phénomènes stationnaires, calvitie des trous noirs, etc..).
Sur Wikipedia, je peux lire :
"À 26 000 années-lumière de la Terre, la masse du trou noir du centre de la Voie lactée est 4,2 millions de fois celle du Soleil15 et son diamètre une vingtaine de millions de kilomètres."
Pas de problème avec cette déclaration, mais si on imagine un trou noir dit "intermédiaire" qui se jetterai dedans.
Que se passe t'il entre le moment où il traverse l'horizon et le moment où il rejoint la singularité centrale, ce qui représente au minimum 33s (rayon fois la vitesse de la lumière, je suis d'accord qu'en pratique ça doit être beaucoup plus compliqué, mais en tout cas, pas de raison que cela soit instantané) ?
Durant ce temps, l'espace-temp devrait être déformé et des ondes gravitationnelles devraient être émises. Donc au final, on pourrait retirer de l'information de cette phase transitoire.
Si j'ai faux, c'est quoi que je n'ai pas compris ?

[Mailou75]

Et bien non, je ne crois pas, et c’est la raison pour laquelle je galere à reformuler la question...

Dans ce que tu decris il y a deux problemes :

- D’abord, si tu approches un petit trou noir de masse suffisante pour obtenir une experience significative, alors celui ci ne sera plus négligeable et des OG de mise a jour du champ du systeme apparaitront bien avant le passage de l´horizon.

- Ensuite, l’observateur extérieur ne voit jamais le petit trou noir entrer dans le gros, il aura un redshift croissant jusqu’à t=inf. (On peut se demander ce que signifie ralentir le tempo d’un objet dont le temps ne s’ecoule pas en «surface»... on marche sur des oeufs) Bref, en supposant qu’on jette un objet visible, l’observateur ne le voit pas et comme les OG vont à c, alors «on ressent ce qu’on voit» et l’observateur ne pourra pas tirer d’info de l’horizon ou au delà.

Mais... par analogie avec le fait qu’en cas de mouvement l’observateur anticipe la position, peut etre qu’on peut supposer qu’il va anticiper l’absorption de l’objet et «simuler» une mise a jour d’un trou noir unique de masse M+m. Mais... même si c’est le cas, ca restera une anticipation et non une collecte d’informations au delà du visible.

A-t-on déja vu question plus tordue ?
SVP quelle question faut il poser ?

Mailou

[Mailou75]

Salut,

Alors j'ai peut etre trouvé comment formuler la question pour que la réponse ne soit pas trop complexe. Ca revient finalement a ce que j´ai jugé hors sujet dans un premier temps mais qui est le moyen le plus simple de necessiter une actualisation de la deformation : le mouvement de la masse.

Donc on sait (sans vraiment savoir le detail pour ma part) que dans le cas d´une masse «classique» ayant une vitesse relativiste, l’observateur va anticiper la position et simuler (pour lui meme) une gravité provenant de la position réelle de l´objet (on va supposer «dans son espace euclidien» et non «sur l’hypersurface de temps propre constant» mais ca vaudrait le coup de verifier). D’après Amanuensis il semblerait même que ce qui se limite à la vitesse en électromagnétisme pourrait s’étendre à l´accéleration dans le cas de la gravité.

L’experience consisterait donc à echanger l’objet classique par un objet relativiste : un trou noir. Supposons le TN immobile au depart, il n’y a pas besoin de mise a jour donc pas d’OG. Ensuite, par l’operation du st esprit (dont on pourra definir le mode operatoire ulterieurement) le TN se met en mouvement (uniforme pour commencer). A la première mesure l’observateur «voit» (on supposera un disque d’accretion visible) toujours le TN a sa position initiale. A la deuxieme il voit que le TN a bougé MAIS si l’image conserve un centre, la deformation de l’espace temps n’en a plus, celui ci ne pourra jamais se mettre a jour.

Je ne sais pas si c’est tres clair mais en gros ça donne une image etirée («trainée» du disque d’accretion dans le sens du mouvement) depuis un centre qui ne bougera jamais et la mise a jour du champs reelement recue (OG) correspondra bien a l´image. Donc tres rapidement il va etre impossible d’anticiper quoi que ce soit puisque on aura plus les informations de base, cad la forme du champs quand l’objet est immobile. Comment ça se passe dans ce cas, la gravité ressentie correspond aux OG (ce qui serait logique, dans le cas contraire on ne saurait les detecter), donc à ce qu’on voit et alors que devient cette histoire d’anticipation ...?

Merci d’avance

Mailou

[papy-alain]

Au lieu d'imaginer le TN en mouvement, prenons la réciproque et supposons que ce soit l'observateur qui se déplace en MRU. Ca revient au même, sauf qu'on peut oublier la notion de mouvement de la masse, ce qui simplifie le problème.
Je sens un joli petit dessin qui arrive.

[Mailou75]

Salut,

Au lieu d'imaginer le TN en mouvement, prenons la réciproque et supposons que ce soit l'observateur qui se déplace en MRU. Ca revient au même, sauf qu'on peut oublier la notion de mouvement de la masse, ce qui simplifie le problème.

A priori oui, mais je dirais non pour deux raisons :
- ça ne marchera plus si on passe à l´accélération ou aux trajectoires non lineaires (accélérees en fait).
- dans le referentiel de la masse M, «l’observateur test» (dont on neglige la masse sans pour autant qu’elle soit nulle) ne suit pas une droite, il a une trajectoire liée a sa vitesse. Si on prend le probleme complet sa masse vaut m et on a un systeme à deux corps tombant ou orbitant vers/autour de G.

Je sens un joli petit dessin qui arrive.

Arf non il faudrait que j’aie compris pour ça... Et ta derniere remarque me fait réaliser qu’il n’y a pas de reponse simple au probleme, snif. Si on veut faire de la relativité et etre precis dans cette experience, ça nécessite de savoir tracer une trajectoire en 2D en champs fort, ce qui n’est pas mon cas. Trop gros poisson pour moi