Quasars Trous noirs Supermassif : une demande de mise au point.

[Daniel1958]

Bonjour

Je suis en train de feuilleter le livre de Suzy Collin-Zahn "Grandes controverses en astrophysique"

Elle évoque les trous noirs supermassifs galactiques. Peuvent-ils être simplement un agrégat (par coalescence) de trous noirs (qui n'auraient plus eu d'étoiles à cannibaliser) dans une région qui était statistiquement d'une forte densité stellaire ?

Elle évoque aussi les quasars issus de trous noirs supermassifs. Le rayonnement serait dû à l'éjection de particules rapides lors de la rotation du disque d'accrétion (comme u rayonnement synchrotron). L'on peut voir deux magnifiques jets lumineux.

Mais question est simple.

Je sais que, malgré tout, la lumière peut ressortir d'un trou noir de Schwarzschild et plus facilement d'un trou noir de Kerr-Robertson. Tout dépend de la distance du rayonnement lumineux par rapport au centre et s'il tangente "la sphère (puit) de gravité. Sur les bords la lumière peut ressortir.

Mais je suis étonné par le rayonnement du trou noir lui-même. Son rayonnement part-il au dela du rayon de Schwarzschild, voire avec un décalage pour les trous noirs en rotation ?

Si Oui c'est Ok ?
Si Non comment cela peut-il être ?

Cordialement
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[physeb2]

Bonjour Daniel,

Tu parle du rayonnement Hawking-Bekenstein?

Ça n'a rien a voire avec un photon qui rentre et qui ressort d'un trou noir.

[jacknicklaus]

Bonjour,

Je sais que, malgré tout, la lumière peut ressortir d'un trou noir de Schwarzschild et plus facilement d'un trou noir de Kerr-Robertson.t

source ? référence ?


merci.

[Daniel1958]

Non du rayonnement d'un quasar sur un trou noir massif

[A voir en vidéo sur Futura]

[Daniel1958]

Le livre de Gubers et Pretorius professeurs à Princeton (pas Avanced Studies) "Le petit livre des trois noirs" en fait assez complexe. Il y a plein d'exemples avec le couple Alice et Bob (pourtant plus habitué à la physique du cryptage quantique de l'information ) qui ont une vitesse angulaire qui leur permet de.......d'échapper du trou noir. Attention ce sont quand même des cas extrêmes surtout vrais pour les trois noirs en rotation sur "un axe de précession") ?

[Pio2001]

Bonjour Daniel,
On parle toujours de rayonnements qui partent de l'extérieur du trou noir. Jamais de l'intérieur.

Les trous noirs étant très petits et ayant un champ gravitationnel très fort, il se passe dans leur voisinage immédiat des tas de choses qui n'arrivent nulle part ailleurs dans l'univers. Ce sont ces phénomènes extrêmes, qui ont lieu à l'extérieur, juste autour du trou noir, qu'on observe de loin, notamment dans les quasars.

[Nicophil]

Bonjour,

Les trous noirs étant très petits et ayant un champ gravitationnel très fort

Du genre ?

[Daniel1958]

Oui bien sur

Ha j'avais sous-entendu que c'était bien sûr au-delà de l'horizon des événements et en limite externe du rayon de Schwarzschild . Au départ on disait que si on était dans la sphère (le puit) de gravité du rayon, la lumière ne pouvait en ressortir. Ben non, comme tu dis, il y a des exceptions.

[physeb2]

Il y a énormément de confusion. Un Quasar est un trou noir massif qui a un disque d'accrétion de matière (ça qui correspond également aux trous noirs actifs).
Ce sont des processus magnéto-hydrodynamique (du moins on arrive a bien le modéliser ainsi) qui provoque l'apparition de deux Jets perpendiculaires émettant un flux très fort et collimaté. (c'est d'ailleurs ce qui est écrit d'autre maniere dans le livre que tu cite dans ton premier message).

Ce rayonnement n'est jamais entré dans le trou noir.

Le rayonnement possible dans le cas de trou noirs de Kerr extrême est une chose en effet étudiée théoriquement (par exemple: https://arxiv.org/pdf/2111.03243.pdf). Mais si on voudreait voir un tel phénomène il faudrait surtout ne pas regarder un Quasar. Comment voir quelque chose de faible (si existe) dans un flux gigantesque?

Tu mentionnes également dans ton premier message le probleme de la masse des trous noirs. Ça n'a absolument rien a voire avec tes questions. C'est un probleme important car, en effet, on ne comprends pas comment se sont formés les trous noirs super-massifs si tôt. C'est en soit un sujet tres interessant mais qui dans le cas de ton message n'apporte que de la confusion car n'a rien a voire avec le royonnement que tu veux discuter.

[Daniel1958]

Bonjour

Ah pour moi un trou noir simple c'est "la singularité" (si elle existe sous cette forme) + l'horizon de évènements + le disque d'accrétion + la sphère de gravité (avec comme rayon le rayon de Schwarzschild)

Il y a énormément de confusion. Un Quasar est un trou noir massif qui a un disque d'accrétion de matière (ça qui correspond également aux trous noirs actifs).
Ce sont des processus magnéto-hydrodynamique (du moins on arrive a bien le modéliser ainsi) qui provoque l'apparition de deux Jets perpendiculaires émettant un flux très fort et collimaté. (c'est d'ailleurs ce qui est écrit d'autre maniere dans le livre que tu cite dans ton premier message).

Oui c'est bien de ça que je voulais parler. Je te remercie pour l'explication par la MDH. J'aurais dû poser la question comme ça partent-ils (les deux jets) au dela de la limite externe du rayon de Schwarzschild ou dans la "sphère de gravité" ?".

Je sais que, malgré tout, la lumière peut ressortir d'un trou noir de Schwarzschild et plus facilement d'un trou noir de Kerr-Robertson. Tout dépend de la distance du rayonnement lumineux par rapport au centre et s'il tangente "la sphère (puit) de gravité. Sur les bords la lumière peut ressortir.

Le livre de Gubers et Pretorius professeurs à Princeton (pas Avanced Studies) "Le petit livre des trois noirs" cite des d'exemples avec le couple Alice et Bob qui ont une vitesse angulaire qui leur permet de.......d'échapper du trou noir. Attention ce sont quand même des cas extrêmes surtout vrais pour les trois noirs en rotation sur "un axe de précession"
C'est pas le rayonnement propre au trou noir mais un rayonnement ou une fusée imaginaire qui arriverait sur un trou noir
Au départ on disait que si on était dans la sphère (le puit) (avec pour limite le rayon (de Schwarzschild), la lumière ne pouvait en ressortir.

Elle évoque les trous noirs supermassifs galactiques. Peuvent-ils être simplement un agrégat (par coalescence) de trous noirs (qui n'auraient plus eu d'étoiles à cannibaliser) dans une région qui était statistiquement d'une forte densité stellaire ?

C'était une idée introductive sans lien réel avec la vraie question . J'ai trouvé cette idée belle et simple pour les trous noirs galactiques.

[Avatar10]

Bonjour

Ah pour moi un trou noir simple c'est "la singularité" (si elle existe sous cette forme) + l'horizon de évènements + le disque d'accrétion + la sphère de gravité (avec comme rayon le rayon de Schwarzschild)

Non, un trou noir c'est l'horizon des événements, rien de plus.

[Daniel1958]

Sniff !!!

Merci pour cette précision

[physeb2]

Au départ on disait que si on était dans la sphère (le puit) (avec pour limite le rayon (de Schwarzschild), la lumière ne pouvait en ressortir.

Dans le cas de l'etude sur les trous noirs de Kerr extremes, ça parle de trous noirs d'un type non-observé car les spins des mesurés sont pour le moment très très faibles. D'ailleurs c'est une surprise qu'on ne sait pas non plus trop comment expliquer. De plus, il s'agit de parler lumiere, donc un corps sans masse, pas sûr que mettre une fusée dans le même énocé donne le même résultat

C'était une idée introductive sans lien réel avec la vraie question . J'ai trouvé cette idée belle et simple pour les trous noirs galactiques.

Le problème n'est pas le sujet de cette phrase, au contraire. C'est juste que c'est un autre sujet. En revanche ce n'est pas réellement une idée simple. Même en prenant en compte des taux d'accrétion par cohalescence de trous noirs on ne resoud pas completement les masses observées. L'idée te parrait peut etre simple car elle est simple a comprendre. En revanche a appliquer c'est l'enfer, mais je pense que la réponse pourrait bien venir de ce côté. Et certainement en faisant le travail en prenant en compte les trous noirs primordiaux.

[Daniel1958]

Pour moi c'est surtout comprendre le principe maitriser le phénomène, le théoriser c'est réservé aux gens de "l'art", aux sachants, voire aux amateurs très éclairés.


Après c'est simplement une reflexion. Mais si on arrive à avoir une vie complexe (avec des conditions primordiales ad hoc bien sûr) au bout de 3,5 G années.
On (je) peut penser que de milliards d'années (c'est presque une éternité par rapport à nous) de gravité ont aussi un peu façonné l'univers et les galaxies.

Après il y a les calculs et les théories. C'est pour ça qu'il faut au moins huit ans d'études après le Bac et le reste à étudier les phénomènes.

[Archi3]

Dans le cas de l'etude sur les trous noirs de Kerr extremes, ça parle de trous noirs d'un type non-observé car les spins des mesurés sont pour le moment très très faibles.

pas vraiment. En fait c'est assez difficile de mesurer le spin des trous noirs. Parmi les méthodes les plus précises, on utilise la forme spectrale de la raie de fluorescence du fer en rayons X qui est élargie par effet Doppler+ gravitationnel et sonde les rayons les plus internes du disque, sachant qu'un disque s'approche plus près de l'horizon pour un trou noir en rotation. Mais ça reste difficile parce que la raie n'est pas facile à isoler du continuum. Il y a quand meme des estimations du paramètre de rotation assez grandes , de l'ordre de 0,9 (90 % de la rotation maximale), mais le résultat est contesté.

En théorie, un trou noir qui serait formé par accrétion de matière qui plonge avec son moment cinétique au rayon interne du disque devrait avoir un a très élevé, d'environ 0,998. Mais si on a la fusion de deux trous noirs, il pourrait etre beaucoup plus faible car les spins s'additionnent vectoriellement.

Et pour ce qui est du rayonnement observé, il n'y a pas de consensus sur son lieu de production (disque, jet, ergosphère...) probablement un peu tout y contribue mais en proportions inconnues. De même pour l'origine du mouvement relativiste des jets observés, c'est aussi discuté.

[Archi3]

Le livre de Gubers et Pretorius professeurs à Princeton (pas Avanced Studies) "Le petit livre des trois noirs" cite des d'exemples avec le couple Alice et Bob qui ont une vitesse angulaire qui leur permet de.......d'échapper du trou noir. Attention ce sont quand même des cas extrêmes surtout vrais pour les trois noirs en rotation sur "un axe de précession"

non on ne s'échappe pas de dessous l'horizon. Tu confonds avec l'ergosphère, qui est une zone à l'extérieur de l'horizon d'un trou noir en rotation, mais où on ne peut pas rester immobile, on est obligé en tourner avec le trou noir (deux rayons lumineux émis en direction opposée tourneront quand meme dans le même sens vu de l'extérieur). Cependant on peut encore s'en échapper.
Je ne sais pas trop ce que tu veux dire par "trou noir en rotation sur un axe de précession". La rotation d'un trou noir a lieu autour d'un axe de ... rotation. La précession c'est autre chose, c'est la rotation de l'axe de rotation (comme celui de la terre en 26 000 ans lors de la précession des équinoxes). Un trou noir isolé ne précesse pas. En revanche une particule en rotation autour d'un trou noir en rotation aura une précession de son orbite si les axes ne sont pas alignés, c'est la précession de Lense-Thirring.

[pm42]

J'ai trouvé le bouquin en ligne en anglais. Je ne retrouve rien de ce que Daniel1958 décrit ici mais j'ai pu rater quelque chose.

Cela parle en effet de Alice et Bob qui sont tous les 2 en orbite autour d'un Schwarzschild, Bob sur une circulaire et Alice sur une elliptique et c'est cette dernière qui a une précession, pas le trou noir.

Dans le chapitre sur les trous noir de Kerr, pas d'Alice et Bob et rien sur un axe de précession.

Quand à la possibilité pour un photo de s'échapper du trou noir, il y a un chapitre qui explique qu'il y a bien une géodésique qui est mathématiquement comme ça mais qui est liée à l'existence de trou blanc dans la métrique de Schwarzschild, explique pourquoi ce n'est pas une contradiction, etc.

Bref, cela donne l'impression que comme d'habitude, le primo-posteur a pris des mots par ci par là, ignoré 80% de ce qui est écrit, réassemblé le tout et pose des questions sur cette "physique alternative créée par écriture automatique surréaliste".

[Daniel1958]

Cela parle en effet de Alice et Bob qui sont tous les 2 en orbite autour d'un Schwarzschild, Bob sur une circulaire et Alice sur une elliptique et c'est cette dernière qui a une précession, pas le trou noir.

Ben c'est ça c'est sur bien sûr au-delà de l'horizon des événements et en limite externe du rayon de Schwarzschild. C'est sûr c'est l'ergo sphère. Oui la précession est liée à la trajectoire elliptique d'Alice et Bob pour les trous noirs de Schwarzschild

L'auteur indique des effets surs une sonde dans sur les trous noirs de Kerr qui sont des ellipsoïdes.

Quant au trou noir de Kerr il est écrit un des principaux effets est que espace-temps-temps est entrainé par la rotation du trou noir l'effet Lense-thirring (glissement du cadre). Il oblige les géodésiques à manifester une précession d'une nouvelle sorte.
D'ailleurs page 110 tu as un joli schéma qui montre un vaisseau qui entre dans l'ergo sphére lance un projectile sur le trou noir et le vaisseau s'échappe avec bien plus d'énergie cinétique. Tout ça sans trou blanc.

Quant à la possibilité pour un photo de s'échapper du trou noir, il y a un chapitre qui explique qu'il y a bien une géodésique qui est mathématiquement comme ça mais qui est liée à l'existence de trou blanc dans la métrique de Schwarzschild, explique pourquoi ce n'est pas une contradiction, etc.

Peut-être mais ce n'est pas ce que je voulais dire : l'auteur parle d'ISCO (dernière orbite circulaire stable) mais il dit il existe des orbites circulaires de rayons plus petit mais toutes instables. Ce sont essentiellement sur elles qu'Alice circulait dans la partie spirale de son jeu piqué spiralé

Au départ on disait que si on était dans la sphère (le puit) (avec pour limite le rayon (de Schwarzschild), la lumière ne pouvait jamais en ressortir.


Je vois que tu n'as pas lu le livre en entier. La critique est un peu facile.

Tu vois j'ai acheté d'excellentes enceintes Focal 826 mais voir ton 42 me les fait regretter.

[Daniel1958]

J'ai répondu à Pm 42 pour la precession. C'est un abus de language (et une forme d'erreur) de ma part c'est l'effet Lense-thirring (glissement du cadre). Il oblige les géodésiques à manifester une précession d'une nouvelle sorte.

Oui en fait (je pensais que c'était sous-entendu) je voulais parler de la sphère de gravité l'ergo sphere car le reste c'est territoire inconnu.

[pm42]

[/U][/B] D'ailleurs page 110 tu as un joli schéma qui montre un vaisseau qui entre dans l'ergo sphére lance un projectile sur le trou noir et le vaisseau s'échappe avec bien plus d'énergie cinétique. Tout ça sans trou blanc.

Ce qui n'a rien à voir avec ce que tu disais plus haut et confirme que tu confonds ergosphère et horizon entre autres.
Bref on est encore dans le "je n'ai rien compris mais je vais vous expliquer et surtout ne jamais écouter les remarques".

[Daniel1958]

Et ben regarde le schéma page 110 (édition française) c'est clair >>> c'est le principe de Penrose

Tu as une navette remplie de projectiles elle entre dans ergo sphère du Trou noir, largue son projectile (en direction du trou noir) qui atteint l'horizon des évènements, la navette ainsi allégée s'échappe (dans le sens de rotation du trou noir) avec plus d'énergie cinétique du trou noir et de son ergo sphère pour aller naviguer dans l'espace.

Je ne suis pas doué c'est clair. Les critiques d'accord mais seulement si elles sont justifiées

[pm42]

Et ben regarde le schéma page 110 (édition française) c'est clair >>> c'est le principe de Penrose
...
Je ne suis pas doué c'est clair. Les critiques d'accord mais seulement si elles sont justifiées

On est dedans à 200%.

[Daniel1958]

Ok

Il entre dans la définition du trou noir, modélisé par Karl Schwarzschild. En effet, si le rayon de la distribution de masse de l'objet considéré est inférieur au rayon de Schwarzschild, l'objet considéré est un trou noir dont l'horizon est la sphère de rayon égal au rayon de Schwarzschild

Ok j'ai confondu

En astrophysique, l'horizon d'un trou noir, ou l'horizon des évènements (event horizon en anglais), représente la frontière d'un trou noir à partir de laquelle la vitesse de libération atteint celle de la lumière. Selon le type de trou noir concerné, la taille et la forme de l'horizon seraient variable

Cela aurait été plus sympa et formateur de me le faire gentiment remarquer . J'ai toujours cru qu'il y avait une sphère de gravité représentée par le rayon de Schwarzschild, un horizon des événement et un truc au milieu. Et cela depuis des décennies.


Et puis ils ont écrit çà qui a parachevé mon erreur

l'auteur parle d'ISCO (dernière orbite circulaire stable) mais il dit il existe des orbites circulaires de rayons plus petit mais toutes instables.

Sinon la sphère de gravité n'a donc rien de spécial. Mais jamais on ne m'a détrompé. Et beaucoup de récits parlait d'une lumière ralentie jusqu'à l'horizon des évènements. Dans ces conditions il y a plein de cas où l'on peut quitter cette sphère.

[physeb2]

Bonjour Archi3,

sur ta remarque, j'ai plusieurs questions:

pas vraiment. En fait c'est assez difficile de mesurer le spin des trous noirs. Parmi les méthodes les plus précises, on utilise la forme spectrale de la raie de fluorescence du fer en rayons X qui est élargie par effet Doppler+ gravitationnel et sonde les rayons les plus internes du disque, sachant qu'un disque s'approche plus près de l'horizon pour un trou noir en rotation. Mais ça reste difficile parce que la raie n'est pas facile à isoler du continuum. Il y a quand meme des estimations du paramètre de rotation assez grandes , de l'ordre de 0,9 (90 % de la rotation maximale), mais le résultat est contesté.

1- Je me référait a la mesure de spin des trous noirs initiaux détectés par les ondes gravitationnelles. La modelisation de la forme caracteristique des ondes gravitationnelles emisent par coalescence de 2 trous noirs dépend théoriquement du spin des trous noirs initiaux. Dans ce cas, il me semble que les spins mesurés sont excessivement faible. Tu considère que cette mesure est encore trop jeune pour avoir confiance dans le resultat (aussi bien au niveau observationnel qu'au niveau de la modelisation theorique)?

2- Pour la mesure que tu mentionne, qui est completement relative a la vitesse de rotation du disque d'accrétion, peut-on déduire que le spin du trou noir s'ajuste au moment cinétique du disque? J'entend par là, un type de condition limite a l'interface. Le fait que les trous noirs ont ou n'ont pas de 'hairs' change quelque chose sur cette implication? (au sens ou dans un cas il y a un type de communicaion dans les deux sens).

3- j'imagine que le contesté vient de la mesure d'élargissement de les raies spectrales que tu mentionne. La discussion sur la validité du résultat est relative a la difficultée de la mesure ou plus sur l'interprétation qu'on peut faire sur le spin du trou noir?

Merci d'avance

Physeb

[Archi3]

Salut Seb

Bonjour Archi3,

sur ta remarque, j'ai plusieurs questions:



1- Je me référait a la mesure de spin des trous noirs initiaux détectés par les ondes gravitationnelles. La modelisation de la forme caracteristique des ondes gravitationnelles emisent par coalescence de 2 trous noirs dépend théoriquement du spin des trous noirs initiaux. Dans ce cas, il me semble que les spins mesurés sont excessivement faible. Tu considère que cette mesure est encore trop jeune pour avoir confiance dans le resultat (aussi bien au niveau observationnel qu'au niveau de la modelisation theorique)?

je répondais sur le cas des trous noirs super massifs (> 10^6 Msol), ce n'est pas le cas des trous noirs en coalescence qui ont des masses de quelques dizaines de masses solaires. Effectivement il semble que les trous noirs en coalescence aient un spin très faible (ou du moins que le spin total est très faible, il peuvent aussi se compenser). Mais leur formation est certainement différente, les trous noirs super massifs sont probablement le résultat de fluctuations de densité primordiales importantes ayant grossi par accrétion, alors que les trous noirs stellaires sont sans doute le résultat d'effondrement d'étoiles très massives , avec peut etre une ou deux fusion avant - il se peut que le spin soit très différent du coup.

2- Pour la mesure que tu mentionne, qui est completement relative a la vitesse de rotation du disque d'accrétion, peut-on déduire que le spin du trou noir s'ajuste au moment cinétique du disque? J'entend par là, un type de condition limite a l'interface. Le fait que les trous noirs ont ou n'ont pas de 'hairs' change quelque chose sur cette implication? (au sens ou dans un cas il y a un type de communicaion dans les deux sens).

en fait le spin du trou noir influence la rotation interne du disque , à cause de "l'ISCO" (innermost stable Circular orbit), l'orbite circulaire stable de rayon minimal. Pour un trou noir de Schwarzchild elle est à 3 Rs = 6GM/c^2 mais pour un trou noir en rotation, elle peut s'abaisser à Rs/2 = GM/c^2 (la même valeur que l'horizon en fait), du coup avec une rotation beaucoup plus rapide et un redshift gravitationnel et un élargissement Doppler plus important. La mesure de la forme de la raie donne en principe accès à R_ISCO et donc au spin du trou noir. Il n'y a pas vraiment rétroaction mais c'est la métrique de Kerr autour du trou noir qui stabilise le disque à des distances plus petites.

3- j'imagine que le contesté vient de la mesure d'élargissement de les raies spectrales que tu mentionne. La discussion sur la validité du résultat est relative a la difficultée de la mesure ou plus sur l'interprétation qu'on peut faire sur le spin du trou noir?

les discussions se font surtout sur la qualité du fit, la raie est très élargie (pour un trou noir de Schwarzschild la vitesse théorique à l'ISCO est de l'ordre de c/racine(6) en approximation newtonienne, mais plus autour d'un trou noir de Kerr). Mais il faut soustraire proprement le continuum sous jacent et le résultat du fit est assez dépendant de la façon dont on procède, la "queue de la raie" (la plus contraignante) étant facilement confondue avec le continuum et réciproquement. Il y a aussi besoin de fixer une réponse en fluorescence en fonction de la distance et tout n'est pas clair là dessus. Il y a néanmoins clairement besoin de trous noirs en rotation rapide pour expliquer les données.

tu peux lire ça par exemple : https://arxiv.org/pdf/1302.3260.pdf

[physeb2]

Merci beaucoup pour ta super réponse Archi.

Tu as totalement raison, on parlait des trous noirs supermassifs. J'espere qu'on pourra voir un evenement de fusion de trous noirs supermassifs lors d'une fusion de galaxie un jour. MAis c'est pas l'événement le plus courrant dans l'Univers

Je lirai l'article ce soir.

Merci encore.

Seb

[Archi3]

clairement non, mais qui sait, apparemment il y a un candidat pour dans 10 000 ans ...

https://www.futura-sciences.com/scie...ulement-96967/