La lumière face à un trou noir

[invitecc79f7ac]

Bonjour à tous, je fais un TPE très intéressant sur les trous noirs et j'aimerai être éclairé en ce qui concerne l'effet de lentille gravitationnelle et le fait que la lumière soit attiré dans un trou noir. Ce que je ne comprend pas c'est que si la lumière est attirée donc il ne devrait pas y avoir de lentille gravitationnelle?
(dites-moi au cas ou je me trompe totalement)

J'aimerai aussi savoir si les différents trous noirs (Schwarzild, Kerr,...) ont des effets identiques face à la lumière et en quoi ces trous noirs sont différents.
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[Gwyddon]

L'effet de lentille gravitationnelle est liée à la courbure que produit un trou noir : la lumière est effectivement "attirée" par le trou noir (techniquement, elle suit les géodésiques que la métrique du trou noir impose), mais si elle est toujours au-delà d'une certaine distance appellée horizon du trou noir, il n'y a aucune raison qu'elle "tombe" dans le trou noir, et donc on observe l'effet habituel de lentille gravitationnelle.

Pour ta deuxième question, la différence entre Schwarzshild et Kerr est dans le mouvement du trou noir : la première métrique décrit un trou noir statique (1915), la seconde décrit un trou noir en rotation (1964).

[invitecc79f7ac]

Merci beaucoup.

[Gwyddon]

Pas de quoi

J'aimerais quand même que des gens plus calés que moi te confirment la première assertion, le phénomène de lentille gravitationnelle je l'ai étudié la semaine dernière mais le trou noir je ne l'étudie en profondeur que la semaine prochaine

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitecc79f7ac]

Avant d'avoir introduire l'effet de lentille gravitationnelle et l'absorption de la lumière par un Trou Noir j'aimerais faire un lien en disant comment et pourquoi le Trou Noir "attire" la lumière.
Je crois qu'il faut parler de la relativité générale mais c'est un peu le désordre dans mon esprit. Vous pouvez m'aider à expliquer?

[Gwyddon]

Effectivement c'est un effet expliqué par le relativité générale, et qui marche aussi pour des corps autre qu'un trou noir

La relativité générale stipule que l'énergie-impulsion de la matière courbe l'espace-temps : ce dernier est donc dynamique. Ainsi, la lumière va naturellement épouser l'espace-temps dans lesquel elle évolue, et la trajectoire qu'elle suit est l'analogue d'une droite dans un espace plat : on appelle cette trajectoire une géodésique. En ce sens, le trou noir attire la lumière, car il est le générateur de la courbure spatio-temporelle que suivra la lumière

Il y a un excellent dossier sur FuturaSciences à propos de la relativité générale, je te conseille de le lire

[invitecc79f7ac]

Est-ce que vous pouvez essayer d'expliquer le plus simplement possible la notion de relativité générale? (car vraiment c'est assez complexe)

[Gwyddon]

Et bien... Ce n'est pas simple effectivement

La relativité générale repose sur deux principes : le principe d'équivalence, et la relativité restreinte.

Le principe d'équivalence est le suivant : localement, on ne peut pas distinguer l'effet d'un champ de gravitation avec celui de se retrouver dans un référentiel dit accéléré. Ainsi, localement il existe des référentiels dit inertiels, qui annulent la gravité et dans lesquels le principe de relativité que tu connais est vérifié. Par extension, dans ces référentiel les lois de la relativité restreinte sont valables (ce qui revient à dire que localement l'espace-temps est "plat")

La relativité restreinte : la connais-tu un peu ? Parce qu'en effet, avant de parler de relativité générale, il est bon de connaître la relativité restreinte...

Je ne peux que te conseiller de lire les dossiers FS consacrés à ces deux théories


Bref en tout cas, l'action de la gravité peut se voir, à l'aide donc de ces deux notions (relativité restreinte, principe d'équivalence) comme un effet géométrique de l'espace-temps. Il existe des équations, dites équations d'Einstein, qui te donnent la dynamique de l'espace-temps lui même en fonction de la distribution de matière.

Pour te donner une idée, tu peux visualiser tout ça avec un drap, qui joue le rôle d'un espace-temps 2D : si tu pose une masse sur ce drap, il va le courber . Pour quelqu'un habitant sur le drap (il faut donc faire abstraction du fait que tu l'observes dans un espace en 3D, ce n'est pas facile je sais bien...), la courbure du drap engendre une attraction pour tout objet passant à proximité car sa trajectoire s'incurve aussi pour suivre la texture du drap, et donc se rapproche de la masse que tu as posée sur le drap.

[Gwyddon]

Pour ta deuxième question, la différence entre Schwarzshild et Kerr est dans le mouvement du trou noir : la première métrique décrit un trou noir statique (1915), la seconde décrit un trou noir en rotation (1964).

Bonjour,

Pour ceux que ça intéresse, j'approfondis un peu ce que je dis ci-dessus ; en fait quand l'espace-temps a la symétrie sphérique, la métrique de Schwarzschild est la solution des équations d'Einstein. Dès que l'espace-temps perd cette symétrie, ce qui peut arriver lorsque le trou noir se met en rotation, alors la métrique de Kerr doit être adoptée (si on néglige le couplage à l'EM).