Fusion de trous noirs et perte de masse

[teryen]

J'ai lu que lors de la fusion de deux trous noirs, le trou noir résultant avait une masse inférieure aux deux autres.
Or de ce que je sais rien ne peut sortir d'un trou noir ("à part éventuellement effet Hawking").

Comment cela s'explique t'il ?
- transformation d'une partie de l'énergie cinétique du système
- abus de langage ou simplification pour le grand public
- autre chose
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[Deedee81]

Salut,

(saint milliard j'ai perdu mes modifs à cause d'une coupure, GRRRRR)

Attention, il ne faut pas confondre la masse et la matière. Ainsi, si tu prends un atome vu de l'extérieur, sa masse est donnée par la relation E=mc². Et son énergie c'est la masse de ses constituants (fois c²) plus l'énergie de liaison (généralement négative).

Ainsi, dans un trou noir la masse de celui-ci est différente (inférieure en fait !) à la masse propre des constituants qui l'ont formé (et situés au centre dans un état mal connu d'ailleurs). (la matière était déjà liée dans l'étoile qui lui a donné naissance donc il y avait déjà au départ une énergie gravitationnelle non négligeable). Une bonne partie de la masse/énergie du trou noir est "imprimée" dans le champ gravitationnel externe. Et c'est lui qui va se dissiper sous forme d'ondes gravitationnelles.

Pour comparer, prend la fusion thermonucléaire de deux noyaux de deutérium np (neutron + proton). Cela donne un hélium nnpp.
Il n'y a aucune perte de matière, tout reste dedans. Mais la liaison étant plus forte (énergie de liaison encore plus négative) une grande quantité d'énergie est libérée (sous forme ici d'énergie cinétique et de photons, pas d'onde gravitationnelles of course ).
Et la masse totale sera plus faible (et c'est mesurable, cela s'appelle le défaut de masse, étant donnée les énergies colossales concernées).

[Lansberg]

Bonjour,

c'est pendant la phase spiralante et de fusion des trous noirs que se fait un transfert d'énergie. Une fraction de la masse-énergie du système, prise sur l'énergie de liaison gravitationnelle, est transférée aux ondes gravitationnelles qu'on peut éventuellement détecter (avec Virgo/Ligo). Ça peut représenter l'équivalent de plusieurs masses solaires. Une fois la fusion réalisée, rien ne peut s'échapper du système de trous noirs.

Croisement avec Deedee !

[Deedee81]

Croisement avec Deedee !

Complémentaire

c'est pendant la phase spiralante et de fusion des trous noirs que se fait un transfert d'énergie.

Pour l'essentiel. Une fois la fusion formée, le nouveau trou noir "vibre" en prenant sa forme stationnaire finale avec là aussi émission d'OG.
(phase moins connue car courte mais qui intéresse beaucoup les chercheurs pour certains tests de la physique des TN).

[A voir en vidéo sur Futura]

[saint.112]

Or de ce que je sais rien ne peut sortir d'un trou noir

Attention, ça de quel rien on parle, car il y a rien et rien.
Ce qui ne peut pas sortir c’est de la matière et du rayonnement électromagnétique (d’où son aspect noir). Par contre voir l’article wiki Trou noir et notamment le chapitre Propriétés :

[…] les seules interactions fondamentales à longue portée étant la gravitation et l’électromagnétisme, les seules propriétés mesurables des trous noirs sont données par les paramètres décrivant ces interactions, à savoir la masse, le moment cinétique et la charge électrique.

C’est la masse et donc les effets gravitationnels sur son environnement qui est la plus facile à mettre en évidence. Un trou noir déforme l’espace-temps selon les mêmes lois que n’importe quel autre objet. On ne le voit pas mais d’une part on peut voir comment les autres astres se comportent autour de lui et de l’autre on peut voir les effets de lentille gravitationnelle qu’ils produisent.
Si rien ne sortait du tout, pas même la gravitation, il serait impossible de dire que les trous noirs existent. On pourrait en avoir un à portée de la main sans s’en rendre compte.
Nico

[Garion]

Sans parler de trous noirs, je me souviens avoir lu que le simple système Terre-Lune n'a pas la même pas que la masse de la Terre et celle de la Lune pris séparément (mais je sais pas calculer l'écart).

[Gilgamesh]

Sans parler de trous noirs, je me souviens avoir lu que le simple système Terre-Lune n'a pas la même pas que la masse de la Terre et celle de la Lune pris séparément (mais je sais pas calculer l'écart).

L'énergie de liaison gravitationnelle U se calcule très simplement : c'est le produit des masses divisé par la distance qui les sépare.

U = - GMM'/r

avec
G la cte de gravitation
M la masse du premier corps (ex: la Terre)
M' la masse du deuxième corps (ex: la Lune)
r la distance Terre-Lune (le demi grand axe de l'orbite lunaire)

Et pour avoir le défaut de masse, il suffit de diviser cette quantité par c²

Concrètement on a U = -7,6.10²⁸ J soit un défaut de masse de 0,85 gigatonnes.

[roro222]

je me souviens avoir lu que le simple système Terre-Lune n'a pas la même pas que la masse de la Terre et celle de la Lune pris séparément (mais je sais pas calculer l'écart)

.L'énergie de liaison gravitationnelle U se calcule très simplement : c'est le produit des masses divisé par la distance qui les sépare. U = - GMM'/r

Salut
Mais alors, le système galaxie est plus léger que la somme des masses qui le compose
Cela aurait t'il un rapport avec la matière noire ou du moins l'effet gravitationnel que cette pseudo matière est cencé avoir ?

[invite52868058]

Si rien ne sortait du tout, pas même la gravitation...

???
Il me semble que la compréhension n'est pas acquise...où alors une explication de la "gravitation qui sort du trou noir" me serait bénéfique...C'est pas du tout ce que j'ai appris.

[roro222]

Dit autrement
Chaque objet de la galaxie étant relié à chaque autre, ça fait un sacré paquet de J d'énergie de liaison gravitationnelle
Le tout divisé par c², ça fait un énorme équivalent masse que doivent tenir compte les étoiles qui tournoient dans cette galaxie

[invite52868058]

Désolé de mon précédent message qui contrevient aux règles de cette section, mais il parait que c'est pas grave, je n'ouvrirais pas une discussion sur ce sujet précis, si d'autres le veulent...

[saint.112]

???
Il me semble que la compréhension n'est pas acquise...où alors une explication de la "gravitation qui sort du trou noir" me serait bénéfique...C'est pas du tout ce que j'ai appris.

C’était une manière de parler. La gravitation ne “sort“ pas du trou noir, c’est évident, mais le fait qu’il soit un trou noir ne change rien à la déformation de l’espace-temps opérée par tout objet massif et qui dépend entièrement de sa masse et de sa dimension. De ce point de vue, un trou est un objet comme un autre.
Nico

[Gilgamesh]

Salut
Mais alors, le système galaxie est plus léger que la somme des masses qui le compose
Cela aurait t'il un rapport avec la matière noire ou du moins l'effet gravitationnel que cette pseudo matière est cencé avoir ?

Non ce défaut de masse c'est vraiment peanuts par rapport à ce qu'on recherche.

La masse du système est déduite de la vitesse moyenne <v> de ses constituants via le théorème du viriel.

On fait un truc du genre :

M = <v²>r/G

Puis on compare ça avec la masse additionnée des étoiles en se basant sur la luminosité de la galaxie.

Calculons l'ordre de grandeur du défaut de masse dans le "budget total".
Bon quantitativement c'est pas évident de trouver les chiffres un peu précis on va prendre ça : WHERE DO GALAXIES END?

Masse totale (incluant le halo de matière noire) M ~ 1,6.10¹² M_⊙ (3,2.10⁴² kg)
"Rayon viriel" ou "rayon gravitationnel" r ~ 200 kpc (6,2.10²¹ m)

L'énergie de liaison est E = -GM²/r ~ 10⁵³ J soit un défaut de masse de 0,6 million de masses solaires.

La masse cachée est 6 ordres de grandeur au dessus.

[roro222]

Non ce défaut de masse c'est vraiment peanuts .......L'énergie de liaison est E = -GM²/r ~ 10⁵³ J soit un défaut de masse de 0,6 million de masses solaires.
La masse cachée est 6 ordres de grandeur au dessus.

Merci Gilgamesh, tu as répondu à mon interrogation
En effet c'est pas grand chose (sauf erreur dans les calculs ou formulation )

[Garion]

Merci aussi pour la méthode de calcul. Effectivement le calcul est simple.
Et en pratique, il est sidérant ! Presque 1 milliard de tonne d'énergie de liaison !
Même si c'est peanuts par rapport à la masse de la terre et de la lune. C'est un très bon exemple de la masse que peut représenter l'énergie.