Pont Einstein-Rosen

Chose promise, chose due. Voici la suite de l’article traitant d’intrication quantique.

Ne cherchez pas le pont Einstein-Rosen sur Google Maps, il ne traverse aucune rivière. Cependant, il traverse bien un espace entre deux lieux. Et quel espace!

Ces deux physiciens ont signé un article en 1935 alors que faisait toujours rage la polémique autour de la réalité de la physique quantique. À partir des équations de la relativité générale, ils montrèrent que certaines solutions créeraient un déchirement de l’espace-temps et une connexion possible entre deux feuillets distincts de l’espace-temps.

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Le concept du trou de ver était né, un lien sous-jacent à travers deux points éloignés qui, si nous étions en mesure de l’emprunter, permettrait de court-circuiter le chemin normal. Ce raccourci spatio-temporel donnerait l’impression d’avoir franchi une grande distance en violant le sacro-saint principe de la vitesse limite dans le vide, mais il n’en est rien. Venant d’Einstein, rien de surprenant qu’il respecte son propre postulat.

Mais en quoi la physique quantique joue-t-elle maintenant dans ce principe astrophysique régi par la relativité générale? La physique de l’immensément petit a donné une façon de créer ce trou de ver entre deux endroits précis de l’espace et c’est grâce à l’intrication quantique.

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Intriquez une grande quantité de matière. Séparez ces particules en les plaçant à deux lieux de votre choix. On sait que l’intrication garde un lien fort entre ces éléments, peu importe la distance. Engendrez ensuite deux trous noirs en condensant la matière aux deux endroits. Voilà, un trou de ver est né, exactement là où vous le désiriez.

Si ce concept résout le problème de la création d’un trou de ver entre deux lieux distincts et prédéterminés, il reste cependant totalement infranchissable d’un côté vers l’autre puisque si on peut entrer dans un trou noir, on ne peut jamais en ressortir, soit en faisant demi-tour, soit en tentent d’emprunter celui situé droit devant.

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D’après le physicien théorique Leonard Susskind, professeur à l’université Stanford en Californie, il faut trouver quelque chose de plus élaboré, mais le principe de l’intrication quantique restera probablement une partie essentielle du processus qui permettra un jour d’engendrer un véritable pont Einstein-Rosen réellement franchissable.

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Dans le film Thor: Ragnarok, nos héros Thor et Hulk sont coincés à l’autre bout de l’Univers et doivent se rendre sans délai à Asgard. Bruce Banner reconnait un «pont Einstein-Rosen» et la bande de gros bras l’emprunte afin de traverser l’espace en un temps record. Les scripteurs ont eu l’intelligence de ne pas choisir deux trous noirs comme origines et débouchés de ce pont, desquels on ne peut échapper. Ils parlent plutôt d’un pont entre deux étoiles à neutrons.

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Je considère la construction de vrai pont Einstein-Rosen que nous pourrions un jour utiliser comme représentant l’ultime défi technologique de l’humain. Je crois sincèrement que si nous parvenons à continuer d’exister sans nous détruire, nous y arriverons et nous pourrons alors visiter une grande partie de notre Galaxie.

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Pour visiter le reste de notre Univers, les autres galaxies, on aura besoin d’un autre saut technologique, mais commençons par régler le cas du voyage intergalactique. Notre terrain de jeu viendra de s’agrandir bien suffisamment pour nous occuper pendant un bon milliard d’années.

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Vous vous en doutez probablement, ce genre d’appellation fait penser à un objet céleste et c’en est effectivement un. À l’instar de beaucoup de produits de notre Univers, nous les cataloguons et ainsi ils prennent des désignations différentes. Celui-ci est également connu sous les vocables ATLAS18qqn, SN 2018cow, ou plus simplement «The Cow».

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Ce serait peut-être une supernova, une étoile variable cataclysmique (CV), une source de sursauts de rayons gamma (SRG ou GRB) une source d’ondes gravitationnelles (GW), mais d’un genre plutôt étrange qui se moque de nos connaissances actuelles en la matière. Située à 200 millions d’années-lumière de nous, cette possible supernova brille au moins dix fois plus que les supernovæ normales. Elle a été découverte le 16 juin dernier par l’observatoire Haleakalā à Hawaï.

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Le lendemain, pas moins de 24 télescopes majeurs se sont braqués sur cette bizarrerie céleste, un record de concurrence répertorié par le site The Astronomer’s Telegram (astronomerstelegram.org).

Son statut de supernova est loin de faire l’unanimité puisque cette étoile est trop brillante et trop rapide pour la désintégration du nickel 56Ni caractérisant les supernovæ de type Ia, de là tout l’intérêt de trouver et de comprendre quelque chose qui repoussera les limites de nos connaissances cosmiques.

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Les observations se poursuivent et jusqu’à ce que l’on découvre précisément ce qu’elle est, on peut toujours s’exclamer «Ah la vache!»

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Quelques questions-réponses sur la photographie d’un trou noir

Cet article fait suite à ceux de ces trois derniers jours. 2018-06-112018-06-122018-06-13

Voici une série de questions et de réponses qui pourront vous aider à mieux comprendre le résultat attendu avant la fin 2018 de la première photographie d’un trou noir.

Q — Combien de temps a duré la prise de photographie d’un trou noir en avril 2017?
R — Une semaine

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Q — Quel trou noir a été photographié?
R — La source radio ponctuelle désignée sous le nom de Sagittaire A*. Cette source émet des ondes radio et a été associée au trou noir supermassif résidant au cœur de notre Galaxie. Le trou noir n’émet évidemment pas directement ces ondes. Elles sont un effet sur son environnement lorsqu’il perturbe des nuages de gaz se trouvant dans ses parages.

Q — Est-il photographié en lumière visible?
R — Non. Entre le centre galactique et nous, il y a des poussières et des étoiles en quantités tellement grandes qu’il est absolument impossible de voir un objet en arrière-plan en utilisant les ondes visibles. Le télescope virtuel EHT utilise deux couvertures d’ondes électromagnétiques. Les principales fréquences détectées sont les ondes radio millimétriques et submillimétriques (bandes de fréquences de nos postes de télé et radio commerciales) provenant de ce point de l’espace. La seconde couverture se fait en ultraviolet. Les photons détectés seront ensuite transposés dans des couleurs qu’on peut voir afin de nous montrer un résultat visible pour nos yeux.

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Q — À quoi risque de ressembler la photographie?
R — Au risque de vous décevoir, le résultat risque visuellement d’être très peu ressemblant aux belles images dont je vous abreuve depuis les derniers articles sur le sujet. Comme je le spécifiais dans le précédent article, ces images sont des résultats d’artistes ou de simulations numériques et elles font abstraction de tous les «
défauts» causés par des centaines de causes dont plusieurs seront présents dans les images finales. Les astronomes tenteront d’en éliminer le plus possible, mais elles ne seront certainement pas à la hauteur des attentes des amateurs peu ou mal informés des difficultés.

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Q — Alors à quoi servira cette photo?
R — Elle sert surtout à valider un protocole de travail très élaboré visant à créer un interféromètre supergéant. Elle sert aussi à améliorer nos connaissances en traitement informatique interférométrique. Elle deviendra également une première «
preuve tangible» plus ou moins convaincante de l’existence réelle des trous noirs qui n’ont été jusqu’à présent que calculés à partir d’une théorie qu’on sait bancale lorsqu’elle flirte avec les infinis.

Q — Comment pourra-t-on améliorer ce résultat dans l’avenir?
R — On pense à un interféromètre mixte utilisant des télescopes spatiaux et terrestres, ce qui agrandirait de beaucoup la résolution du télescope virtuel.

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Q — Sur certaines photos de synthèse, on voit des trous noirs comme une tache alors que d’autres le montrent avec toutes sortes d’effets lumineux aux alentours. Lesquelles de ces simulations se rapprochent de la réalité?
R — Un trou noir stable qui n’a aucune rotation ferait apparaitre une tache ronde noire qui est l’horizon des événements du trou noir. Il sera entouré d’un halo lumineux occasionné par les étoiles en arrière-plan dont les rayons lumineux sont déviés et concentrés aux environs immédiats de cet horizon. Mais un trou noir qui ne tourne pas du tout n’existe probablement pas. Sa rotation apporte des changements à la structure géométrique de l’espace proche du trou noir. Imaginez que vous pincez une maille d’un tricot et que vous tourniez le poignet. Une partie du tricot se déformera autour de la maille pincée et tordue. L’espace autour d’un trou noir fait de même et dans les 3 dimensions. Ce changement à la structure géométrique de l’espace autour du trou noir dévie les rayons lumineux environnants et créera différents effets visuels. Toutefois, selon l’angle avec lequel nous verrons le trou noir, l’angle par rapport à son plan de rotation, le résultat visuel variera beaucoup.

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Q — Comment les astronomes peuvent-ils être certains de la présence d’un trou noir au centre de la Voie lactée ? Et comment ont-ils calculé sa masse et ses dimensions ?

R — Puisqu’il n’a jamais été détecté, on pourrait se demander comment les astronomes savent qu’un trou noir galactique supermassif se cache au cœur de notre Galaxie. Ils ont suivi à la trace durant une dizaine d’années certaines étoiles très proches du centre galactique et ils ont remarqué qu’elles bougeaient. Ils ont tracé leur orbite et trouvé qu’elles tournaient toutes autour d’un point absent sur les photos (voir résultat ci-haut). Selon les lois de la mécanique céleste, il est possible de mesurer la masse de ce point central en fonction des orbites et des masses des étoiles révolutionnant autour. Ils ont donc mesuré une masse d’environ 4 millions de masses solaires. Puisque le volume dans lequel cette masse est concentrée est beaucoup trop petit pour correspondre à un groupe important d’étoiles supergéantes, il ne reste plus que des trous noirs puisque même des étoiles à neutrons seraient obligées de s’agglutiner en se transformant là encore en trou noir.

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Q — C’est bien Einstein qui a prédit l’existence des trous noirs?
R — Faux. Malgré l’insistance dérangeante de plusieurs sites scientifiques à lui attribuer cette prédiction, elle est l’œuvre de Karl Schwarzschild qui fut le premier à calculer une singularité (trou noir) dans les équations d’Einstein en 1916. Einstein lui-même pensait que la Nature avait prévu des mécanismes qui empêchaient ces singularités de survenir. Donc, non seulement Einstein ne les a jamais prédits, mais il n’y croyait tout simplement pas. Même si Einstein a inventé l’outil mathématique, le marteau en quelque sorte, il n’est pas l’auteur de toutes les œuvres créées à partir de celui-ci.

N’hésitez pas à poser vos questions sous forme de commentaire.

Verra-t-on un trou noir en 2018 ? (3)

J’ai entendu votre question et je vous réponds d’entrée de jeu, la réponse est non! Il n’existe aucune photo de l’horizon d’un trou noir nulle part sur Terre. Toutes sont des illustrations d’artiste ou des dessins créés par ordinateur à partir des formules mathématiques tirées de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Par contre, ça pourrait changer dès cette année.

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Poursuivons maintenant notre aventure entreprise avant-hier et hier en présentant quelques concepts astronomiques. Si on veut obtenir une photo d’un horizon d’un trou noir, il faut quand même comprendre comment on pourrait y arriver. Vous verrez qu’il ne suffit pas de relier un iPhone à un télescope.

Tout d’abord, différencions deux concepts des instruments d’optique, leur sensibilité et leur résolution.

La sensibilité dépend dans un premier temps de la qualité du détecteur à transformer les photons en signal électrique. Attachez une patate à un télescope, vous n’obtiendrez pas la photo d’un champ de patate. Ensuite, il y a le nombre de photons qui seront amenés au détecteur. Cette quantité dépend de la taille du télescope, ce qu’on appelle la surface collectrice du miroir principal. Enfin, pour augmenter le nombre de photons, le télescope visera le même point du ciel le plus longtemps possible.

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La résolution définit la capacité de l’instrument à différencier deux éléments l’un de l’autre. Elle dépend du nombre de pixels du détecteur, de la fréquence à détecter et aussi de la parallaxe.

La parallaxe est l’angle maximal formé par deux points de la surface collectrice. Plus le diamètre du télescope est grand, plus l’angle sera important et plus son pouvoir de résolution sera important. Un grand miroir aura donc deux avantages. Il collectera plus de photons et il aura un pouvoir de résolution plus important.

Toutefois, aucun télescope terrestre ou spatial n’a la résolution nécessaire pour voir les détails des effets optiques occasionnés par les trous noirs connus, même ceux du petit monstre supermassif caché au centre de notre Galaxie. Peut-on attendre la mise en service en 2025 du télescope E-ELT de 39 mètres de diamètre, mais là encore, sa résolution serait beaucoup trop faible.

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Qu’à cela ne tienne! Les astronomes sont des petits futés et ils ont pris la définition de la résolution d’un instrument optique au pied de la lettre. S’il faut augmenter la parallaxe pour améliorer le pouvoir de résolution, il suffit de prendre deux télescopes au lieu d’un seul et de leur faire regarder le même objet en même temps afin de créer un télescope virtuel de meilleure résolution.

Différentes solutions ont été mises de l’avant, dont certaines plus simples, d’autres plus complexes. La plus simple est le concept des jumelles, c’est le cas du BLT (Binary Large Telescope).   

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Pour des télescopes indépendants, il faut trouver le moyen de traiter les signaux reçus par les deux engins pour les faire correspondre exactement dans le temps. On parle alors d’interférométrie. Une fois encore, deux solutions existent. Les interféromètres couplés localement, comme le VLT. Possédant 4 gros et 4 petits télescopes, il est possible de simuler un télescope de 200 mètres de diamètre.

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Mais encore là, c’est beaucoup trop peu pour espérer voir l’horizon d’un trou noir. Ça prendrait un télescope au moins des dimensions… de… de… la Terre. Et c’est là qu’ils ont créé le EHT (Event Horizon Telescope). Ce n’est pas un nouveau télescope, mais un protocole d’utilisation d’un réseau de neuf télescopes existants répartis un peu partout sur la planète, y compris au Groenland et en Antarctique. Son diamètre virtuel définissant sa capacité de résolution est de près de 15000 km.

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Une première session photo s’est déroulée en avril 2017 et les résultats sont à l’étape du traitement qui pourrait se terminer d’ici la fin de l’année 2018. Ce sont des pétaoctets de données à traiter avec des difficultés énormes, d’où le délai entre la prise photo et le résultat final.

Demain, quelques questions – réponses sur le sujet.

Verra-t-on un trou noir en 2018 ? (2)

Cet article fait suite à celui d’hier.

En résumé, un trou noir, c’est un point de l’espace infiniment petit et dans lequel la matière entassée dedans est devenue infiniment dense. Alors pour voir un point infiniment petit… noir… et très éloigné, on peut se demander si les astronomes ne sont pas tombés sur la tête !

Je vais donc introduire un autre concept qu’il faut connaitre provenant de cet hirsute personnage, mais un peu plus génial que moi, Albert Einstein. Il y a 103 ans, sa théorie de la relativité générale nous apprenait que l’espace-temps se déforme lorsqu’il y a de la matière. Et plus cette matière est dense, plus l’espace se déforme.

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L’image classique est celle du trampoline avec une boule de quilles au centre. Remplacez la boule de quilles par une boule d’or, puis par une boule d’uranium, plus la matière est massive, plus le trampoline s’enfonce autour de l’objet. Placez-y maintenant un trou noir, le trampoline se déforme tellement que sa trame devient un puits sans fond. Ainsi, autour d’un trou noir, la trame d’espace-temps se creuse à l’infini.

 

Ce puits attire donc les objets environnants, mais également tout ce qui s’en approche trop, lumière incluse. Ce n’est pas le trou noir qui attire la lumière, c’est l’espace qui a pris la forme d’un entonnoir. La lumière ne fait que suivre la géométrie de cet espace qui plonge sans fin. On dit qu’elle suit la géodésique de l’espace-temps.

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Si la lumière passe trop près, sa géodésique va l’amener inexorablement dans le puits. Si la lumière passe plus loin, l’espace-temps n’est pas suffisant déformé pour que la géodésique l’amène dans le puits. On comprend donc qu’il y a une limite entre le « juste un peu trop près, je tombe » et le « juste assez loin, je m’en sors ».

Sous cette limite, la lumière est piégée par le puits spatiotemporel. Au-delà, elle parvient à poursuivre sa trajectoire. Puisque le puits gravitationnel est tridimensionnel (sa déformation se crée dans les 3 dimensions d’espace), la limite est également tridimensionnelle. Elle prend donc l’apparence d’une sphère. Et puisque toute lumière passant sous cette limite est irrémédiablement piégée dans le puits, cette sphère ne peut émettre aucune lumière. Elle est donc parfaitement noire. On a l’impression que le trou noir a une bonne dimension puisqu’on voit une grosse sphère noire. Cependant, le trou noir reste un point infinitésimalement petit. La sphère noire autour du trou noir est simplement un effet créé par le trou noir, ce n’est pas le trou noir. Cet effet visuel ne contient rien, ni matière, ni lumière, sauf en son point central infiniment petit. Cependant, on a l’impression de voir le trou noir.

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La surface de cette sphère parfaitement noire se nomme l’horizon des événements du trou noir. Plus le trou noir sera massif, plus cet horizon gonflera, puisque l’espace déformé s’agrandit de plus en plus. On a l’impression de voir le trou noir grossir. C’est toujours l’horizon des événements qui grossit, pas le trou noir qui reste toujours, peu importe la masse engloutie, un point infiniment petit.

Donc, mon titre est un peu racoleur puisqu’on ne peut voir que l’horizon des événements d’un trou noir, pas le trou noir comme tel.

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Toutefois, les astronomes eux-mêmes parlent de voir un trou noir. Vous pourrez donc corriger leur abus de langage la prochaine fois que vous croiserez un astronome au supermarché. « Tut, tut, tut ! horizon des événements mon ti-noir ! Tu ne me passeras pas un horizon pour un trou ! »

Bon, maintenant on sait qu’on peut admirer l’effet d’un trou noir sur l’espace qui l’entoure, ça ressemble à une sphère toute noire, ça s’appelle un horizon des événements, ça peut donc s’observer.

Demain, on verra comment s’y prendre pour voir des horizons des événements qui sont passablement petits. Et les trous noirs supermassifs alors ? On aurait probablement plus de chance avec ceux-là.

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Verra-t-on un trou noir en 2018 ? (1)

Est-ce que nous pourrons voir un trou noir très bientôt ?

Évidemment, la question aurait de quoi faire rire. Puisque le fond du cosmos est noir, regarder un trou noir sur un fond noir, c’est comme observer un corbeau dans un placard. Pourtant, il est possible de voir ce à quoi un trou noir ressemble en regardant ses effets sur son environnement.

Afin de répondre à la question initiale, j’aurai besoin d’expliquer succinctement différents concepts que je distribuerai dans des articles distincts.

Le premier article sera donc consacré à rappeler comment se forme un trou noir afin de comprendre sa nature.

Une étoile est un délicat équilibre entre deux forces antagonistes. Tout d’abord, une étoile, c’est une bombe nucléaire. La pression engendrée par la fusion nucléaire tend donc à disperser les constituants de l’étoile comme le fait n’importe quelle bombe nucléaire. Toutefois, puisqu’une étoile est aussi un agrégat important de matière, la gravitation retient la matière éjectable en la concentrant au centre de l’astre, ce qui maintient l’étoile en une sphère plutôt stable.

Une étoile est donc une sorte de balance à ressort qui retient le poids déposé sur son plateau en le repoussant jusqu’à un équilibre entre les deux.

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Formation d’une étoile à neutrons

Cependant, le carburant nucléaire venant en fin de compte à manquer — et cela arrive d’autant plus rapidement que l’étoile est obèse — la pression des explosions nucléaires ne suffit plus à contrebalancer la force gravitationnelle qui comprime l’étoile. De ce combat singulier perdu d’avance, l’étoile finira par imploser sous son propre poids. Si elle possède suffisamment de matière, l’implosion réussira à vaincre les autres forces répulsives possibles dans la matière. Les électrons deviendront incapables de se repousser mutuellement (principe d’exclusion de Pauli) et finiront par s’écraser sur les noyaux des atomes. Ce faisant, les électrons fusionneront avec les protons du noyau pour former des neutrons. On obtient ainsi une étoile d’une densité extrême dont son cœur est entièrement composé de neutrons. Tous ces neutrons sont comprimés dans une sphère de 20 à 40 km de diamètre pour l’équivalent en poids d’une étoile de 1,4 à 3,2 fois la masse de notre Soleil. C’est dire comment la densité de la matière est importante ! Mais une étoile à neutrons n’est pas encore un trou noir.

Trop de matière pour résister

Si l’étoile à neutrons possède une masse supérieure à 3,2 fois celle de notre Soleil, ces particules neutres formant une espèce de noyau atomique géant seront elles aussi incapables de résister à la force gravitationnelle. Les quarks composant les neutrons atteindront leur limite de résistance et flancheront à leur tour.

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Formation d’un trou noir stellaire

À cette étape, il n’existe plus aucun autre mécanisme pouvant résister à la force gravitationnelle. La matière atteint alors sa limite d’existence et s’écrase en se concentrant un point infiniment petit. Le résultat est une singularité des équations de la relativité générale d’Einstein. Un point infiniment petit concentrant une masse de densité infiniment grande. Un trou noir est né.

Ouais, la physique n’aime pas trop les infinis et ces deux infinis du trou noir signifient qu’on a un « trou » dans notre théorie. Un trou noir de connaissances liées aux trous noirs qu’on ne parvient pas à éclaircir. Ironique, n’est-ce pas ? Cette formation des trous noirs se rapporte aux trous noirs d’origine stellaire, c’est-à-dire qu’une étoile est à l’origine du trou noir. Il atteint des masses maximales aux alentours de 14 fois celle de notre Soleil.

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Trou noir galactique (supermassif)

Il existe aussi des trous noirs galactiques. Ce sont des trous noirs tapis au cœur de la plupart des galaxies. Leur origine est controversée, mais il est certain qu’ils ont cru en avalant de la matière environnante et par coalescence avec d’autres trous noirs. Le record est détenu par le trou noir supermassif de la galaxie NGC 4889 qui aurait un petit 21 milliards de fois la masse de notre soleil !

La Voie lactée, notre Galaxie, cache également un trou noir supermassif en son sein. Il deviendra important pour la suite de cet article. Toutefois, sa dimension reste modeste. Il a la taille plutôt fine à comparer à bien d’autres trous noirs en ne pesant que 4 millions de fois la masse de notre Soleil !

Dans le prochain article, j’expliquerai simplement ce qu’on appelle l’horizon des événements d’un trou noir. Cette notion est essentielle pour comprendre comment on peut observer un trou noir.

Je vous donne rendez-vous demain pour la suite de ce passionnant feuilleton et vous encourage entretemps à poser vos questions sous forme de commentaire.

À bientôt.

Une relativité incomprise

Bon, je veux régler un cas une bonne fois pour toutes. Malheureusement, les fourvoiements ont la vie longue. Certains scientifiques ne comprennent pas la physique relativiste et ils disent de grosses conneries lorsqu’ils sont interviewés.

Je vais donner un exemple qu’ils utilisent souvent. Notre Galaxie, la Voie lactée a un diamètre de près de 100000 années-lumière. Ça signifie que si une source lumineuse est à sa périphérie et qu’on l’observe à partir du point antipodal, les signaux lumineux captés auront été émis voilà 100000 ans. Ça, c’est vrai.

Où ça se gâte, c’est lorsque les personnes interviewées placent des astronautes dans un vaisseau spatial pour leur faire traverser la Galaxie de part en part à une vitesse proche de la lumière. Ils disent alors que ça leur prendra 100000 ans pour faire ce trajet. Ainsi, ils auraient besoin d’un amas de générations de voyageurs avant d’arriver à destination. Mais ce qu’ils disent est totalement faux, et pas qu’un peu.

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Lorsqu’on file à des vitesses proches ou égales à la vitesse de la lumière, ce ne sont plus les lois de la physique classique qui s’appliquent, mais celles de la relativité restreinte mises en évidence par Einstein. En fait, la relativité restreinte s’applique toujours et à tout déplacement, mais puisqu’elle est plus compliquée à calculer que les lois de Galilée, on utilise ces dernières lorsqu’on se meut à la vitesse d’un bœuf.

Que dit alors la relativité restreinte à propos d’un voyageur qui filerait à la vitesse de la lumière (en postulant que c’est possible)? Eh bien! celui-ci traverserait notre Galaxie d’un diamètre mesurant 100000 années-lumière en exactement… zéro seconde. Ne me frappez pas, c’est la faute à la relativité restreinte, pas à moi. Un voyage effectué à la vitesse de la lumière (dans le vide) est instantané, peu importe la distance parcourue. Le voyageur ne vieillit pas d’une seule fraction de seconde.

En revanche, si un deuxième individu attend le voyageur faisant un trajet aller-retour, cet observateur devra effectivement patienter 200000 ans avant de voir réapparaitre le voyageur. C’est ça la « relativité » du temps telle qu’Einstein l’a décrite. Pour le voyageur luminique, son trajet aller-retour d’un rebord à l’autre de la Galaxie n’aurait même pas duré une seconde tandis que pour la personne restée sur ce rebord de la Voie lactée, elle l’aura attendu le temps prévisible, soit 200000 ans.

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Ainsi, tous les scientifiques qui ne respectent pas cette relativité lorsqu’ils considèrent des déplacements dits « relativistes » se gourent et induisent les téléspectateurs en erreur. Un voyageur n’a pas besoin de 100000 ans pour effectuer un voyage de 100000 années-lumière ou 200000 années-lumière, ou n’importe quelle distance s’il se déplace à la vitesse de la lumière. Il fera tous les trajets en exactement 0 seconde.

La théorie de la relativité restreinte découverte par Einstein n’est pas de la science-fiction. Elle est bien réelle, exacte et incontestable puisque prouvée de multiples façons. Je ne vous demande pas de me croire sur parole. Beaucoup des contemporains du génial physicien ont également rejeté sa théorie, la croyant totalement aberrante. Ils avaient tort, tout comme les gens interviewés qui continuent d’appliquer la mécanique de Galilée plutôt que celle d’Einstein même si les vitesses en cause sont de l’ordre de la vitesse de la lumière dans le vide.

Mais il doit bien y avoir une erreur quelque part ! Pas exactement une erreur. On parle ici d’un cas limite. Un voyageur est constitué d’atomes et ces derniers possèdent une masse. Or, pour inculquer à une masse une vitesse égale à celle de la lumière, ça prend une énergie infinie. Un voyageur ne pourra donc jamais atteindre cette vitesse limite, mais il peut s’en rapprocher.

Ainsi, son voyage d’une extrémité à l’autre de notre Galaxie ne durera pas zéro seconde, mais il ne sera pas non plus de 100 000 ans.

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Pour les afficionados des formules, voilà à quoi le temps relatif du voyageur (t’) ressemblera selon le temps sans tenir compte du principe de la relativité (t) et selon sa vitesse (v) par rapport à la vitesse de la lumière (c).

Si la vitesse du voyageur (v) est égale à celle de la lumière (c), alors on obtient la racine carrée de zéro multiplié par t, ce qui donne effectivement zéro seconde.

On voit ainsi que plus le voyageur se rapproche de la vitesse de la lumière, plus le temps s’étire, même si lui continue de vieillir au même rythme.

Photo de A. Einstein : Oren Jack Turner, Princeton, N.J.
Voie lactée : Astrosurf.com

 

1I/ʻOumuamua, dernière nouvelle sans intérêt

Vous vous demandez sûrement pourquoi je parle de cet astre une troisième fois (article 1article 2) si la dernière nouvelle sur lui est inintéressante. C’est que parfois, on apprend des choses, moins sur l’objet lui-même que sur la physique derrière cette nouvelle et sur ceux qui l’ont propulsée.

Que l’objet provienne d’un système stellaire double n’est pas une grande surprise sachant qu’un grand pourcentage d’étoiles font partie d’un système binaire ou supérieur. Autrefois, on parlait des deux tiers et ensuite de la moitié. Ce taux n’est pas très bien connu, mais il est important. On ne s’étonnera donc pas que le voyageur de l’espace ait une chance sur… disons… trois… de provenir d’un système stellaire multiple puisque cette affirmation est valable pour tous les objets célestes sans même se préoccuper de ses particularités ni d’où il provient.

Ensuite, les astronomes ayant fait cette déclaration ont accru les probabilités de dire vrai sachant que si ‘Oumuamua vient d’un système stellaire binaire ou plus, ses chances d’être éjecté sont bien plus grandes que si le système n’a qu’une seule étoile. C’est le problème astronomique appelé « à trois corps » qui ne possède aucune solution exacte (stable) et qui prévoit que la course d’un petit corps devient chaotique et instable, donc plus susceptible d’être éjecté, lorsque confronté à la gravité de deux gros corps à proximité.

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Mais si vous connaissez déjà ces deux éléments, la nouvelle n’a plus d’intérêt puisque ce ne sont que des statistiques, pas de nouvelles observations. C’est comme donner le pourcentage de chances d’avoir une paire au poker. Ça ne vous dit rien sur le type de paire ni qui la détient ni des mises sur la table ni de l’historique de ces mises.

Voilà pourquoi on aurait pu s’abstenir du côté des astronomes, probablement en mal de reconnaissance. Peut-être auront-ils eu leur jour de gloire à cause d’une banalité que tout étudiant débutant en astronomie aurait pu déduire. Ça rend la gloire pas mal moins auréolée lorsque la nouvelle est… sans intérêt.

N.B. Le « 1I/ » qu’on retrouve devant le nom ‘Oumuamua désigne qu’il est le premier objet Interstellaire répertorié. Il fait donc partie d’une toute nouvelle classe d’objets astronomiques, des objets provenant d’un autre système solaire que le nôtre.

Galaxie relique et trou noir supermassif

Les astronomes ont identifié une galaxie relique à seulement 240 millions d’années-lumière d’ici. Mais qu’est-ce qu’une galaxie relique, me direz-vous ? Bonne question ! Harry Potter le sait peut-être.

On qualifie de relique une galaxie qui a cessé toute activité de production de nouvelles étoiles. La galaxie NGC 1277 dans la constellation de Persée aurait cessé toute création d’étoiles depuis déjà au moins 10 milliards d’années. En comparaison, l’Univers aurait 13,8 milliards d’années. C’est dire qu’elle est vieille et stérile depuis un bail.

Sa proximité a de quoi étonner. Les reliques sont souvent trouvées aux confins de l’Univers tandis que celle-ci se promène en comparaison tout près de nous. Elle possède deux fois plus d’étoiles que notre Voie lactée, mais elles sont presque toutes âgées d’environ 12 milliards d’années.

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Autre particularité de cette doyenne, son trou noir central fait 17 milliards de masses solaires ! Celui de notre Galaxie en fait au mieux 4 millions. C’est plus de 4 000 fois supérieur. Le record absolu connu à ce jour est de 21 milliards de fois la masse de notre soleil. Ainsi, NGC 1277 flirte avec les extrêmes. De fait, ce trou noir vaut près de 14 % de la masse totale de sa galaxie. La normale est de 0,1 %. Et ce monstre central contient 59 % de la masse totale du bulbe galactique.

Il existe un système d’autorégulation qui empêche normalement les galaxies de se retrouver dans l’état actuel de NGC 1277. Pourquoi n’a-t-il pas fonctionné ? Mystère.

Pourquoi ne crée-t-elle plus de nouveaux soleils ? Par manque de nuages de gaz. Elle a épuisé sa réserve et ne parvient pas à en capturer d’autres sur son passage à cause de sa grande célérité par rapport au reste de son milieu. Même en passant à proximité de nuages de gaz ou d’autres galaxies qu’elle pourrait absorber, sa vitesse l’empêche de s’en alimenter.

Une relation doit certainement exister entre son statut de relique, l’âge quasi identique de toutes ses étoiles et le fait d’abriter l’un des plus gros trous noirs connus. Ce dernier a-t-il cannibalisé tout le gaz disponible ? La genèse de cette galaxie atypique est encore bien mystérieuse. C’est donc une aubaine pour les chercheurs.

Toutes les galaxies finiront un jour par devenir une relique, la Voie lactée aussi. C’est donc un peu notre destin qu’on aperçoit lorsqu’on étudie cette ogresse famélique.

Photos : Télescope spatial Hubble ; blackholes.stardate.org

Adieu M. Hawking

À vingt-et-un ans, Stephen Hawking apprend qu’il va mourir dans environ deux ans de la maladie de Charcot (SLA). Il adopte alors une attitude souvent impossible chez les gens sains, c’est-à-dire de vivre au présent. Il vient de s’éteindre à 76 ans après une vie remplie comme bien peu de personnes en auront.

L’astrophysicien était le scientifique le plus connu de sa génération. Est-ce à cause de son handicap? Un peu, probablement. La dichotomie de son corps quasiment mort et de sa pensée foisonnante a de quoi enflammer l’imagination des gens.

Toutefois, bien peu d’entre nous peuvent réellement comprendre ses travaux. Il est donc devenu populaire pour d’autres raisons. Je miserais sur le fait qu’il a toujours su simplifier sa pensée pour la rendre accessible. Savoir vulgariser des concepts très complexes exige que l’on ait parfaitement compris ce dont on parle.

En astrophysique, on se souviendra principalement de lui pour le rayonnement Hawking. Présumer qu’un trou noir rayonne une quelconque énergie alors qu’il est censé se comporter comme un gros aspirateur était la preuve qu’il était capable de voir au-delà de ce qu’on nous enseigne.

Pourtant, sans ce rayonnement des trous noirs, nous ne serions probablement pas ici pour lui rendre hommage. Les minuscules trous noirs «s’évaporent» rapidement. Si ce n’était pas le cas, ceux probablement créés lors des premiers instants suivant le Big Bang, les trous noirs primordiaux, plutôt que de s’évanouir, auraient bouffé le reste de la matière environnante, notre matière actuelle.

Peut-être reviendrons-nous un jour sur certaines de ses déclarations concernant notre vilaine propension à faire connaitre notre existence à tout le reste de la Galaxie. À plusieurs reprises, il nous a mis en garde contre cette attitude très peu prudente. Si un jour une bande d’extraterrestres nous envahit parce qu’ils ont appris notre existence grâce aux signaux envoyés dans l’espace à leur attention, on comprendra alors que Hawking avait eu raison de nous alerter.

Je dis merci à monsieur Hawking pour ce qu’il a apporté, pour tout ce qu’il nous a montré et pour tout ce qu’il a été et surtout pour avoir su être grand homme d’une simplicité aucunement condescendante. Il comprenait la valeur de la vie, pas seulement pour lui, mais aussi pour tous les autres.

Adieu Monsieur Hawking

Photo : boingboing.net

Mais d’où vient tant de brillance ?

Oui, bon, je tiens à remercier tous mes fans, je ne voulais pas parler de moi, mais d’un phénomène céleste. Quoi ? Oui je sais, je suis un phénomène, il me manque juste un peu de… de… célestitude, mais j’y travaille.

L’Univers n’a pas fini de nous étonner. Certains objets célestes sont si brillants qu’ils nous enlèvent les mots de la bouche, ou plutôt, ils nous forcent à inventer un mot pour les désigner.

CTA 102 est un blazar, de l’anglais Blasting Quasar. Et Quasar signifie Quasi Stellar Radio Source.

Ce serait l’objet le plus brillant jamais observé depuis la Terre. En fait, c’est un trou noir dévorant tout sur son passage et son pinceau lumineux balaye la Terre en l’illuminant parfois directement. C’est pourquoi cet objet possède une luminosité absolue dépassant tout ce qui est connu.

L’objet est loin, très loin, heureusement. Il est aujourd’hui totalement éteint si l’on se fie aux courbes d’évolution. Mais puisque sa lumière prend un certain temps à nous parvenir, dans son cas ce sont plusieurs milliards d’années, ce blazar a eu tout le temps d’épuiser le combustible à sa portée.

Aujourd’hui il trône probablement au centre d’une galaxie quelconque, en se rallumant faiblement à l’occasion, si un petit nuage de gaz a le malheur d’avoir migré trop près de lui. Il peut peser des milliard de masses solaires et être totalement invisible. Bouffi par ses gargantuesques festins d’antan, plus rien ou presque ne s’aventure maintenant dans ses parages.

Laissé tranquille, il maintient toutefois l’équilibre gravitationnel dans sa galaxie hôte en assurant une certaine cohésion d’ensemble. C’est donc dire que le vieillard garde quand même quelques atouts dans sa manche. Et rien ne lui ferait plus plaisir que de dévorer une petite jeunesse d’étoile. Ça lui mettrait instantanément le feu au …

Le vide et l’information

Ce n’est pas la première fois que j’en parle, on y arrive tranquillement, graduellement, une brique à la fois. À quoi, demandez-vous? À la preuve que nous vivons dans un monde informatique, que l’Univers est une simulation numérique, à lire dans Pour la Science ainsi que dans Esprit Science Métaphysiques et sur Radio-Canada. Les liens suivants vous amènent vers mes deux précédents articles dans lesquels j’abordais ce sujet. Univers et simulation et L’utilité véritable d’un trou noir.

Au début du XXe siècle, un pas de géant s’effectue en science avec l’élaboration de la physique quantique, l’une des deux théories qui après un siècle gardent encore toute leur pertinence. La seconde est la physique relativiste.

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Depuis ce temps, on sait qu’il existe des dimensions limites indivisibles, comme des atomes d’espace. Un cube d’espace fondamental appelé «espace de Planck» mesure environ 10-105 mètre cube.

Il existe également des atomes de temps qu’on nomme «ère de Planck» et qui valent 10-43 seconde. Il est donc impossible de savoir ce qui s’est passé au plus près du Big Bang sous cet atome temporel.

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On sait également, preuves expérimentales à l’appui que le vide n’est pas vide. J’en ai déjà parlé dans un autre article. Ce qu’on appelle le vide n’est pas le néant. S’il existe de l’espace, ce n’est pas rien. Ce faux vide est plein d’énergie et s’il possède de l’énergie, il possède de la matière qui se crée spontanément à partir de cette énergie.

Et voilà la dernière brique que la science fondamentale vient de rajouter dans l’équation, le vide serait constitué, non seulement d’énergie, mais aussi d’information.

On pouvait émettre cette hypothèse depuis les travaux de Ludwig Boltzmann, dont j’ai également brièvement parlé sur ce blogue, en y ajoutant le concept des unités de mesure fondamentales de Planck.

L’Univers, même vide de toute matière, serait quand même constitué de briques fondamentales d’information et on peut facilement imaginer qu’elle s’alimente à partir de l’énergie du vide.

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Tout ceci constitue un puzzle dont toutes les pièces se mettent en place les unes après les autres pour finalement apporter la preuve que nous sommes des constituants calculés, mais ayant de multiples degrés de liberté. Il ne faut pas croire que les programmes informatiques amènent des résultats nécessairement prédéterminés qui feraient que tout l’avenir serait décidé à partir du moment où l’ordinateur Universel commence à exécuter lesdits programmes, en l’occurrence à partir du Big Bang.

Ce qu’il faut surtout retenir, c’est le principe que l’Univers est information au sens informatique du terme, c’est-à-dire une information ayant des constituants de base indivisibles, comme le bit est celui de notre société technologique actuelle.

Je cite le scientifique Trhnh Xuan Thuan « Le vide est la matrice de tout » à lire dans Science et Avenir.

Photos : http://irfu.cea.frhttp://discovermagazine.com/; https://fineartamerica.comhttp://bigthink.com.