Bonjour à tous.
Les étoiles vivent souvent en couple , y compris des étoiles massives.
Que se passe -t- il lorsqu'une de ces 2 étoiles implose en supernovae et devient un trou noir ?
- L'etoile compagne est-elle détruite ou éjectée de son orbite ?
- Si non, que devient son orbite , compte tenu que le trou noir a perdu une partie de sa masse. : intuitivement je pense que ce 2 astres se stabilisent avec un écart plus important , mais je ne sais pas le démontrer.
A vous lire
Salut,
quelques éléments de réponse, le sujet est vaste.
L'étoile compagne n'est ni détruite, ni éjectée, et continue sa vie normalement. La perte de masse durant l'explosion de la supernova (mais aussi dans les cas les plus extrêmes, de la perte de masse des étoiles du système durant leur vie) écarte peu à peu l'orbite. Cependant, les étoiles ont tendance à voir leur taille augmenter durant leur vie, notamment lorsqu'elles se transforment en (super)géantes rouges. A ce moment-là, il est possible qu'une étoile se retrouve dans l'atmosphère de l'autre (on parle alors d'enveloppe commune) et on ne sait pas trop ce qu'il se passe en détail.
Au final, on se retrouve avec un couple avec un objet compact (étoile à neutrons ou trou noir) et une étoile qui continuera son existence, jusqu'à la fin de sa vie. Si l'étoile est aussi massive, elle formera à son tour une étoile à neutrons ou un trou noir. On aura alors une binaire formée de deux objets compacts, qui vont inexorablement se rapprocher l'un de l'autre par émission d'ondes gravitationnelles, et finir par fusionner. C'est typiquement le genre d'événements que détectent les observatoires à ondes gravitationnelles tels LIGO et VIRGO.
Merci pour cette réponse.
Ce que je ne comprends pas bien , c'est l'idée de rapprochement : pour moi, en passant par le stade supernovae, les 2 étoiles perdent de la masse et donc ont tendance à s'écarter . Or,
je lis sur internet qu'il y a une baisse du moment cinétique , ce qui fait se rapprocher les 2 trous noirs.
C'est ce que je n'arrive pas à concevoir. Deux trous noirs , pas mal espacés , pourquoi créent -t-ils des ondes gravitationnelles qui les font ralentir et se rapprocher ? Si c'est vrai pour les 2 trous noirs , c'est vrai pour tous les couples de binaires.
Pourtant , il faut bien constater que les trous noirs binaires arrivent à fusionner , puisque on a capté plus de trente fusions en qqs années.....
Salut,
Attention à deux choses différentes.
La plupart des phénomènes orbitaux, des variations d'orbite par perte de masse, tout ça, ça peut se traiter par la mécanique céleste classique. Pas besoin de relativité (sauf pour de petites corrections, vraiment petites, style avance du périhélie de Mercure). Bon, il est clair que pour une supernovae à coté d'une grosse étoile, ça reste certainement extrêmement difficile à modéliser. Je suppose que l'étoile peut avoir une partie de son enveloppe soufflée. Mais il y aura peut-être plus d'infos sur ce point de la part d'autres contributeurs plus férus d'astrophysique que moi.
D'autre part il y a émission d'ondes gravitationnelles lorsque l'on a des accélérations et pas trop de symétrie (*). En particulier pour les binaires massives il y a émission d'ondes gravitationnelles mais c'est extrêmement faible. Ainsi la première observation de cet effet le fut avec des pulsars : https://fr.wikipedia.org/wiki/PSR_J0737-3039 mais ça reste un cas extrême (binaire très serrée) et faible (on peut attendre longtemps avant de voir une fusion).
Ca ne devient vraiment notable qu'avec des trous noirs à cause de leur compacité extrême (qui permet aussi d'être plus proche sans se "heurter", forcément) et là l'émission augmente fortement et il y a chute en spirale, fusion etc...
(*) le phénomène est analogue à l'émission d'ondes électromagnétiques par une charge électrique acceléeée : https://fr.wikipedia.org/wiki/Rayonn...nu_de_freinage
Avec deux différences qui expliquent la faiblesse des O.G. :
- d'une part le couplage gravitationnel est beaucoup plus faible que le couplage électromagnétique
- d'autre part les ondes gravitationnelles sont quadrupolaires (dipolaires pour les ondes EM). Il y a une belle illustration ici : https://www.futura-sciences.com/scie...ue-510/page/6/
C'est quelque peu analogue aux harmoniques. Et la conséquence est que non seulement les O.G. sont plus difficiles à émettre (**) mais aussi qu'elles sont d'un ordre de grandeur encore plus faibles.
(**) Exemple : une simple charge électrique en rotation autour d'une masse chargée provoque l'émission d'une onde électromagnétique. C'est d'ailleurs un peu le principe d'une antenne émettrice ! Et on sait que cela fut un des grands mystères de la physique atomique : pourquoi les électrons ne tombent pas sur le noyau (la solution est venue de la mécanique quantique, mais là on entre dans un tout autre monde, évidemment).
Tandis qu'une petite masse, ponctuelle en première approximation, en rotation autour d'un corps massif : rien, bernique, pas d'onde gravitationnelle. Il faut un corps plus gros, non ponctuel (dans ce cas tout les points du corps ne peuvent suivre une géodésique, il y a déviation de la "chute libre" et accélération propre (***)) et même encore mieux des déformations dues aux marées (dues justement à la déviation en question, c'est le cas des pulsars, mais "probablement" pas pour les TN, avec des guillemets car dans ce domaine faut rester prudent dans la mesure où les équations ne sont pas solubles analytiquement ni même par des approximations appropriées, faut du gros calcul numérique et je ne connais pas le détail des résultats et je ne dispose pas non plus d'un super calculateur) (****)
EDIT précisions
(***) pour que ce soit clair rappelons qu'il y a une différence (motivée) de point de vue entre Newton et Einstein :
un corps ponctuel en chute libre (ou en orbite) est accéléré au sens newtonien
mais n'a pas d'accélération propre au sens de la relativité générale
(****) Un exemple parlant. Notre bonne vieille Lune. Celle-ci est particulièrement grosse (v.s. les autres lunes du système solaire) et elle ne suit pas parfaitement une géodésique. Les forces de marées sont notables (bon, ça vaut pas Io mais ça c'est à cause de la masse énorme de Jupiter, la planète obèse
Pourtant la Lune.... s'éloigne ! Bon, 4 cm par an. Simplement parce que le rapprochement par dissipation d'O.G. c'est bézef (j'ai pas fait le calcul, un courageux pour le faire ?) mais l'éloignement dû aux effets classiques notable. https://fr.wikipedia.org/wiki/Distan...stance_moyenne
Notons d'ailleurs que les effets RG sont souvent faibles et on oublie ainsi souvent de mentionner que l'avance du périhélie de Mercure est en grande partie dû aux perturbations des autres planètes. L'avance est de 560 seconde d'arc par siècle. https://fr.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%...p%C3%A9riastre
Et ce n'est qu'après avoir calculé tous les effets classiques qu'on se retrouve avec un résidu de 43 secondes d'arc par siècle qui ne fut compris que grâce à la RG.
(notons qu'on a aussi fait ce calcul et la mesure pour Vénus et la Terre, un beau tour de force, le tableau avec les valeurs et les précisions sont donnés dans le livre relativité générale de Elbaz mais aussi dans l'encycolpedia universalis).
Dernière modification par Deedee81 ; 07/10/2021 à 08h19.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour et merci pour les informations apportées.
Mais je continue à ne pas bien comprendre pourquoi les 2 trous noirs - issus d'un binaire d'étoiles massives - trous noirs qui ont du s'éloigner suite aux pertes de masses et au souffle des supernavae , pourquoi ces trous noirs vont se rapprocher, pour un jour fusionner.
Etant éloignés , ils ne doivent pas emettre des ondes gravitationnelles , et pourtant c'est ce qu'on lit dans les articles trouvés sur internet (On peut lire qu'il y a une baisse du moment cinétique. On parle aussi d'un stade d'enceloppe commune ).
On peut lire aussi qu'il faut des milliards d'années pour qu'ils se rencontrent. Comme on a détecté plus de 30 fusions en quelques années ( avec des moyens qui ne doivent pas être exhaustifs ) cela veut dire que l'univers est très fourni en binaires de trous noirs massifs qui sont en attente de fusionner.
Décidement , les trous noirs , c'est un domaine bien mystérieux ....(surtout pour moi qui n'ai pas un bagage suffisant).
Attention, les fusions de TN observées sont celles de TN de masse intermédiaire. Ce ne sont pas des TN stellaires issus directement de l'explosion de SN. Ou plutôt ils ont subit une forte évolution par absorption de matière (étoiles and cie). Et l'effet d'émission d'OG et rapprochement de ces TN est beaucoup plus important que celui des TN stellaires donc même à distance notable (mais ça peut prendre quand même des centaines de millions d'années avant la fusion).
Le fait que ces TN soient si proches n'est pas à ma connaissance bien compris. Leur nombre élevé fut d'ailleurs une surprise comme tu l'as relevé (*). Formation et grossissement in situ ? Capture gravitationnelle ? On n'est pas sûr et pour cause : difficile d'avoir des infos sur leur passé !!!!
Des difficultés analogues se posent avec la fusion des TN super massifs lors des fusions galactiques, voir par exemple : https://fr.wikipedia.org/wiki/Trou_n...u_parsec_final
(au début ça se rapproche bien, par viscosité dynamique de la fusion galactique, à la fin ça se rapproche bien, par émission d'OG, mais il y a un trou mal compris)
On est loin d'avoir tout compris/modélisé. Et la théorie, les simulations et les observations ont encore beaucoup à nous apprendre. Et tu as raison que pour bien maîtriser il faut un sacré bagage tant théorique (là je me débrouille pas trop mal) que sur les observations (là je suis plutôt une buse, heureusement qu'il y a google et wikipedia
(*) leur part dans la masse manquante ("matière" noire) a d'ailleurs été nettement réévaluée.
Dernière modification par Deedee81 ; 07/10/2021 à 08h40.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Bonjour,
À partir du moment où les objets restent liés gravitationnellement, on a des masses en accélération et production d'ondes gravitationnelles. Ça fonctionne tout pareil avec le système Soleil-Jupiter ou Soleil-Terre ou Terre-Lune.Envoyé par nigues
L'énergie rayonnée par les ondes gravitationnelles est prise à l'énergie gravitationnelle du système. C'est très faible dans le cas du système Soleil-Jupiter. La puissance est de l'ordre de 7 kW. Par contre pour un système binaire de trous noirs ou d'étoiles à neutrons on atteint des valeurs qui peuvent être de l'ordre du dixième ou plus de la puissance lumineuse rayonnée par le Soleil.
L'énergie gravitationnelle décroissant et comme elle est négative cela influence l'évolution du système par une diminution du rayon de l'orbite des composantes du système, conduisant à une fusion au bout d'une durée plus ou moins longue.
Je ne sais pas qu'elle est la durée, en moyenne, du rapprochement des trous noirs ou des étoiles à neutrons. Cela dépend forcément des paramètres orbitaux et des masses en présence. La dernière phase, celle de fusion, est par contre très rapide.On peut lire aussi qu'il faut des milliards d'années pour qu'ils se rencontrent. Comme on a détecté plus de 30 fusions en quelques années ( avec des moyens qui ne doivent pas être exhaustifs ) cela veut dire que l'univers est très fourni en binaires de trous noirs massifs qui sont en attente de fusionner.
Pour les trous noirs on estime qu'il se produit au moins un événement par mois dans un rayon d'un milliard d'années lumière. Ce n'est donc pas très fréquent et le manque de connaissances actuelles ne doit pas permettre d'évaluer cette probabilité précisément.
La prochaine campagne de détection des ondes gravitationnelles en 2022 par les détecteurs Virgo/Ligo (et les autres) apporteront surement des éléments de réponse.
Merci pour vos informations.
Si les étoiles sont initialement assez éloignées, les deux objets compacts seront au final un peu plus éloignés. Ils vont se rapprocher par émission très faible d'ondes gravitationnelles, mais l'échelle de temps sera colossale (plus que l'âge de l'Univers). Pour avoir fusion des objets compacts, il faut qu'ils soient initialement très proches, et donc réunissent les conditions suivantes :
1. La binaire est initialement très serrée.
2. Il faut une (ou deux) phase(s) d'enveloppe commune. Lors de ces phases, du moment cinétique orbital est dissipé par frottement (une étoile ou une étoile à neutrons orbite dans l'enveloppe de l'autre étoile, du coup ça frotte). Ca rapproche encore d'avantage les deux objets.
Ainsi, au final, les deux étoiles à neutrons (ou trous noirs) sont sur des orbites très serrées, plus favorable à des émissions d'ondes gravitationnelles suffisamment intenses pour que le rapprochement se fasse sur des durées raisonnables pour que ce soit statistiquement observable de temps à autre.
Bonjour
L'émission d'ondes gravitationnelles par des objets denses et compacts (T.N, étoiles à neutrons), en collision, est franchement impressionnante: les équipes de Virgo et Ligo annonce des quantités d'énergie, emportées par les ondes gravitationnelles, atteignant plusieurs masses solaires!!
Cordialement
Dernière modification par jacquolintégrateur ; 07/10/2021 à 13h10.
Ne jetez pas l’anathème : il peut servir !
Ca c'est au moment de l'impact (pour l'essentiel !) et c'est vrai que c'est énorme. C'est même assez proche du maximum théorique (lu je ne sais plus où, un tiers de la masse totale initiale si ma mémoire ne me joue pas des tours).
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
