Ce qu'est un trou noir.

[inviteb4c1bab6]

Bonjour

Je suis un fan de l'univers et de tout ce qui touche à l'astronomie et l'astrophysique. Mais je ne suis qu'un amateur et j'aimerais que vous m'aidiez à propos d'un sujet pour le moins complexe: les trou noirs.

Si je devrais définir un trou noir, je dirai: Un trou noir est un corps céleste qui possède une énorme masse et qui agit de manière considérable sur l'espace-temps et les corps alentours. Il absorbe la matière et la lumière, ce qui le rend invisible. Un trou noir est parfois entouré d'un disque d'accrétion et possède en son centre une singularité.

Le problème est que j'ai du mal à comprendre ce qu'est exactement une singularité gravitationnelle. Si quelqu'un pourrais m'aider en expliquant simplement, ce serait génial!
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[pm42]

Le problème est que j'ai du mal à comprendre ce qu'est exactement une singularité gravitationnelle

Normalement en physique il n'y a pas d'infini : quand on fait des calculs, on tombe sur des valeurs finies.

Quand on prend les équations de la Relativité Générale, celle qui prédit les trous noirs, on trouve un infini, la singularité.

Sauf qu'on sait que quand on pousse les équations à ce point, on ne peut plus utiliser la Relativité Générale : il y a des effets de mécanique quantique.
Mais on n'a pas de théorie prouvée qui permette de prendre en compte et la Relativité et la mécanique quantique.

Donc pour le moment, on ne sait pas vraiment ce qui se passe si ce n'est qu'il n'y a pas probablement pas de singularité justement. Mais on a plusieurs théories.

Une des théories est qu'en fait, la matière s'accumule au "centre" comme tu dis et que quand elle dépasse une certaine densité, la mécanique quantique la fait rebondir, exploser...
Mais que comme le temps est très dilaté, de l'extérieur on ne verra pas ce rebond avant très, très longtemps.

P.S : je t'ai fait une version simple. D'autres te feront sans doute la version détaillée et rigoureuse.

[inviteb4c1bab6]

Merci beaucoup pour cette réponse aussi rapide!
Je crois que je commence à comprendre un peu mieux. Je vais me renseigner sur cette mécanique quantique pour y voir plus clair.

[Superbenji]

Bonsoir,

Si je devrais définir un trou noir, je dirai: Un trou noir est un corps céleste qui possède une énorme masse et qui agit de manière considérable sur l'espace-temps et les corps alentours. Il absorbe la matière et la lumière, ce qui le rend invisible. Un trou noir est parfois entouré d'un disque d'accrétion et possède en son centre une singularité.

Oui et non. Ce qui compte pour être un trou noir n'est pas la quantité de masse, mais le volume dans le quel celle-ci est concentrée. Ainsi un trou noir de quelques kilos ou grammes seulement pourrais très bien exister, si tu concentre ceux-ci dans un volume suffisamment petit, jusqu’à que la vitesse d'échappement de cette région d'espace dépasse celle de la lumière. Bon après oui, dans la nature, de part leurs mécanismes de formation connu, leurs masse varie de plusieurs masses solaires, à des milliards pour les trous noirs au centre des galaxies.

En très simple aussi. Pour te renseigner d'avantage tu peux aussi utiliser la fonction recherche du forum, il y a beaucoup de sujets sur eux.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteb4c1bab6]

ok merci pour l'explication! Je vais rechercher ça, t'as raison

[Deedee81]

Salut,

Outre les pages sur les trous noirs et autre dans wikipedia, ceci devrait t'aider : https://fr.wikipedia.org/wiki/Compac...9_(astronomie)
c'est la notion importante pour dire "ce truc dense est un trou noir" ou pas.

Pour décrire un trou noir on peut aussi se contenter de la définition astrophysique : juste l'extérieur. Cela évite de devoir se fritter avec les horreurs de la singularité centrale.

Attention, même sans la mécanique quantique, la trous noirs c'est la relativité générale. Donc forcément fort difficile et très peu intuitif.

[Amanuensis]

Si je devrais définir un trou noir, je dirai: Un trou noir est un corps céleste qui possède une énorme masse

La difficulté principale est qu'un trou noir est d'abord une construction mathématique basée sur la relativité générale. C'est aussi le nom utilisé pour des objets célestes observés depuis la Terre. Les scientifiques étudient à quel point les deux correspondent.

Les textes sur le sujet sont toujours des mélanges de ces deux aspects, à des dosages variables, avec à un extrême des textes de pure mathématique (les plus courants) et à l'autre l'imagerie ou les descriptions issues d'instruments.

Pour être complet, faut rajouter un troisième aspect, le "folklore", les idées et présentations grand public, qui ne correspondent pas toujours ni aux maths, ni aux observations.

[Deedee81]

Pour en rajouter une couche à la dernière phrase (le "folklore")

à des dosages variables

Avec une grande méfiance à apporter à la vulgarisation sur internet. Ca et sur la mécanique quantique on trouve plus de mauvaises vulgarisations que de bonnes (d'après ce que j'ai déjà constaté) avec tout le spectre : des explications incomplètes/imprécises/maladroites jusqu'à des trucs totalement nawak (enfin, bon, cette extrême est moins fréquente).

Je conseille fortement d'utiliser :
- soit des sources fiables (wikipedia par exemple même s'il y a parfois l'un ou l'autre gros couac dedans)
- soit poser des questions sur des forums physiques connus (y a pas que Futura), les avis multiples peuvent aider à trier le bon grain de l'ivraie.
- soit lire/regarder de la vulgarisation d'auteurs connues (même si là aussi il y a parfois des trucs, on va dire, un peu maladroit. Les bons scientifiques ne sont pas toujours de bons vulgarisateurs).

[Amanuensis]

Sur ce point particulier :

j'ai du mal à comprendre ce qu'est exactement une singularité gravitationnelle.

Il est utile de comprendre d'entrée que c'est purement mathématique. Autrement dit, pour comprendre l'idée (et surtout la comprendre bien), il n'y a pas d'autres voies que comprendre les maths sous-jacentes. Et ce sont des maths de l'espace-temps, l'aspect temporel "extrême" les rend très peu intuitives (litote).

Par ailleurs, l'idée de singularité n'est pas la plus intéressante ni la plus éclairante. L'idée d'horizon l'est bien plus.

[inviteb4c1bab6]

D'accord, merci pour la réponse

[Amanuensis]

Caveat: J'ai modifié mon message de 9h17 apparemment après l'envoi du message de 9h20...

[Amanuensis]

Pour continuer ce que j'expliquais, l'horizon est bien plus "l'essence" d'un "trou noir" que la singularité ou même que l'idée d'une masse volumique extrême. C'est l'idée derrière "absorber la matière et la lumière".

C'est d'abord (là encore) une particularité issue des maths de la relativité générale, et c'est aussi un concept "spatio-temporel" non évident, et pas facile à bien comprendre.

À la base ce n'est pas bien difficile à définir: c'est une hypersurface (une surface en quatre dimension, première difficulté conceptuelle) séparant l'espace-temps en deux régions: l'intérieur et l'extérieur. Un observateur distant est à l'extérieur. Les deux régions spatio-temporelles se distinguent par le futur: tout "objet" à l'intérieur ne peut pas passer à l'extérieur, alors qu'on peut passer de l'extérieur à l'intérieur.

L'horizon est la limite d'une sorte de piège. Et c'est ce "piège" qui vaut le nom de trou noir, via l'idée que la lumière venant de l'intérieur y reste, car elle ne peut pas franchir l'horizon et donc ne peut pas atteindre un observateur à l'extérieur.

Comme c'est spatio-temporel, devant être compris "en quatre dimensions" sans qu'on puisse séparer ce qui est temporel et ce qui est spatial (par exemple l'horizon n'est pas un "lieu"), l'horizon n'est pas plus facile à comprendre que le reste, mais le comprendre est la principale "clé", en particulier pour faire le lien avec les observations.

Ensuite faut étudier ce qui se passe à l'extérieur "près" de l'horizon (assez loin c'est le disque d'accrétion, mais plus près ce sont des phénomènes spatio-temporels "étranges"). Puis les origines possibles et putatives de ce phénomène (effondrement gravitationnel d'une masse, dépassant toutes les résistances connues, par exemple).

Quant à l'intérieur, c'est un domaine de pure spéculations mathématiques, qui ne devrait intéresser que les spécialistes de la physique mathématique, mais qui fait fantasmer beaucoup dans la vulgarisation.

[inviteb4c1bab6]

Donc, ça veut dire que le trou noir, ou plutôt la singularité, divise l'espace-temps en 2 parties internes et externes? C'est très étrange...

[invite51d17075]

bjr,

Donc, ça veut dire que le trou noir, ou plutôt la singularité, divise l'espace-temps en 2 parties internes et externes? C'est très étrange...

En général, le terme de singularité attribué au TN correspond aux infinis théoriques (donc difficilement acceptables physiquement ) dans son "intérieur".
ce qui "diviserait", le terme ne signifie pas pour autant une coupure dans l'espace physique , c'est l'horizon ( les horizons ) présentés par Amanuensis.

[Deedee81]

Je plussoie.

Donc, ça veut dire que le trou noir, ou plutôt la singularité, divise l'espace-temps en 2 parties internes et externes? C'est très étrange...

C'est l'horizon qui divise l'espace-temps en deux parties. Pas l'hypothétique singularité centrale.
Comme dans cette image : http://chaours.rv.pagesperso-orange....conf_img06.jpg
(diagramme de Penrose, transformation conforme permettant de représenter les trous noirs).

[mach3]

Donc, ça veut dire que le trou noir, ou plutôt la singularité, divise l'espace-temps en 2 parties internes et externes? C'est très étrange...

ce qui est étrange n'est pas le fait que l'horizon divise l'espace-temps en 2 parties, car des "choses" qui divisent l'espace-temps en deux parties sont en fait tout ce qu'il y a de plus courant, c'est ce qu'on appelle un cône de lumière.

On considère un évènement E, un point de l'espace-temps, une date+un lieu. L'espace-temps peut être divisé en deux parties : les évènements qui peuvent être causés par E qui sont dans le cône de lumière futur de E et ceux qui ne le peuvent pas et qui sont hors du cône de lumière futur de E.

Il est toujours possible pour un observateur d'être à jamais hors du cône futur d'un évènement E, il suffit que son mouvement soit tel que la lumière en provenance de E ne l'atteigne jamais (en espace-temps plat cela signifie qu'il faut être dans une fusée qui accélére de manière perpetuelle, mais l'espace-temps courbe permet d'autres options). Par contre si un observateur entre dans le cône de lumière futur de E, alors sa lumière l'atteint, et par la suite il ne ressortira jamais de ce cône de lumière futur car cela impliquerait qu'il rattrape la lumière qui provenait de E et qu'il a déjà croisé.

L'horizon d'un trou noir est semblable à un cône de lumière futur : il est toujours possible pour un observateur d'être à jamais hors de l'horizon, il suffit qu'il ait un mouvement adéquat. Par contre si un observateur entre dans l'horizon, par la suite il ne ressortira jamais de cet horizon.

Ce qui serait étrange c'est plutôt le futur irrémédiable de l'observateur qui a franchi l'horizon.
Au voisinage d'un astre massif, on peut expérimenter ce que l'on appelle les forces de marées (responsables des marées sur Terre par exemple, causées par la Lune et le Soleil) : les différentes parties d'un objet n'étant pas à la même distance d'un corps attractif, elles ne seront pas attirées pareil, ce qui donne lieux à des tractions dans certaines directions et des compression dans d'autres. L'effet de marée dépend de la courbure de l'espace-temps, et selon son mouvement, un objet peut visiter diverses régions de l'espace-temps, avec des courbures diverses, où les effets de marée sont plus ou moins fort, et en général, il y a toujours un moyen pour l'objet d'aller vers une région où les effets de marées sont plus faibles (typiquement, il suffit qu'il s'éloigne d'un astre pour que cela arrive). En général seulement. Si il franchi l'horizon d'un trou noir, il n'y a alors plus aucun moyen pour l'objet d'aller vers une région où les effets de marées sont plus faibles qu'ils ne l'étaient à niveau de l'horizon. Elles vont augmenter de manière inexorable, avec des conséquences funestes (arrivera forcément un moment où les forces de marée auront atteint une intensité suffisante pour altérer son intégrité physique quelque soit le matériau dans lequel il est fait... , ce moment pouvant arriver avant de franchir l'horizon, tout dépend de la taille du trou noir). La relativité générale prédit que ces forces de marée tendent vers l'infini en une durée finie. C'est cette divergence des forces de marée qui constitue la singularité.

m@ch3

[Amanuensis]

ce qui est étrange n'est pas le fait que l'horizon divise l'espace-temps en 2 parties, car des "choses" qui divisent l'espace-temps en deux parties sont en fait tout ce qu'il y a de plus courant, c'est ce qu'on appelle un cône de lumière.

Effectivement. Ce qui caractérise en plus les trous noirs est que la zone intérieure à un "rayon" (en fait une surface spatiale enveloppante) restant de valeur finie pour un observateur extérieur (1). (Propriété que n'a pas par exemple un cône de lumière dans l'espace-temps de Minkowski.)

(1) Ce qui ne préjuge rien quant à l'intérieur...

[Amanuensis]

restant de valeur finie pour un observateur extérieur (1).

Hmm.. Pas "finie", mais "bornée".

[invite6c250b59]

La difficulté principale est qu'un trou noir est d'abord une construction mathématique basée sur la relativité générale.

Anecdote HS: les trous noirs ont d'abord été défini dans un cadre purement Newtonien.

en 1783, le révérend John Michell, géologue et astronome amateur anglais, expose dans un article envoyé à la Royal Society le concept d'un corps si massif que même la lumière ne pourrait s'en échapper. Il écrit alors dans son article1 :

Si le demi-diamètre d'une sphère de la même densité que le Soleil et qui excéderait celui du soleil d'une proportion de 500 à 1, un corps tombant depuis une hauteur infinie vers elle aurait acquis à sa surface une vitesse plus grande que celle de la lumière. En conséquence, supposant que la lumière est attirée par la même force en proportion de sa « vis inertiae » (masse d'inertie), comme les autres corps, toute lumière émise depuis ce corps reviendrait sur elle-même par sa propre gravité.

(c'est HS car la phrase est parfaitement valide au sens de "les trous noirs tels qu'on les comprend aujourd'hui")

[JPL]

Merci de ne pas oublier que cette rubrique est consacrée à des questions simples et à des réponses pédagogiques d’un niveau adapté.

[mach3]

La discussion a été nettoyée. Les messages ont été transférés dans une nouvelle discussion :

https://forums.futura-sciences.com/d...trou-noir.html

mach3, pour la modération

[invite6c250b59]

Merci de ne pas oublier que cette rubrique est consacrée à des questions simples et à des réponses pédagogiques d’un niveau adapté.

Un soucis est que cette information (que la discussion est en rubrique pédagogique) n’est pas nécessairement évidente (dépendant de comment on y accède). Mettre ces rubriques au même niveau que “astronomie et astrophysique” diminuerait les risques d’erreurs. En plus compliqué mais amha plus prometteur: réserver les réponses à certains intervenants choisis par cooptation (dans le forum pedagogique); réserver la création de discussion à ces mêmes intervenants (pour le forum expert); avec un forum libre pour le fonctionnement habituel. Mon deux cents.

[JPL]

Un remaniement important de cette partie du forum est à l’étude. Il devrait répondre à ton objection quand il sera finalisé.