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 ? (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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L’infini et Dieu

*Avis important *

Cet article ne cherche aucunement à apporter une réponse à la question si Dieu existe ou pas. Chacun a droit à son opinion sur le sujet. Les convictions de chacun ne se discutent pas.

f6e27e5607bf2df7332a91b75945c0f7René Descartes, à l’instar de plusieurs autres philosophes, dit apporter la preuve de l’existence de Dieu dans l’infini.

Aujourd’hui, l’infiniment grand comme l’infiniment petit sont bousculés. Les choses qu’on croyait autrefois infinies ne le sont pas. On connait l’âge de notre Univers et ses dimensions finies. On connait aussi la plus petite parcelle de temps et de distance qui ne sont pas infiniment petits.

Ce sont des connaissances humaines, pas nécessairement la réalité, me direz-vous, et c’est vrai. En science, lorsqu’un infini se profile, c’est la preuve que notre théorie a atteint ses limites et qu’il faut la remplacer par une autre plus fine, plus précise. Lorsqu’on résout des équations et que la réponse est l’infini (∞), on doit se dire: «je ne possède pas la meilleure théorie». Parfois ça prend du temps avant d’avoir en main une théorie plus précise, mais jusqu’à présent, lorsqu’on est parvenu à éliminer les réponses donnant des infinis, la nouvelle théorie s’est toujours révélée meilleure que la précédente. 

Ainsi, en renversant l’affirmation de Descartes, si l’infini n’existe pas, Dieu n’existerait pas.

Il est toujours dangereux de baser des raisonnements sur des absolus, puisque ceux-ci sont rarissimes, voire probablement inexistants. On ne peut pas prouver ou infirmer l’existence de Dieu à partir de raisonnements basés sur des absolus comme l’infini.

Le meilleur exemple de raisonnement basé sur un absolu qui a d’étranges effets est le paradoxe du Dieu omnipotent.

ob_23b36f_paraomniSi Dieu est omnipotent, il pourrait créer une masse si importante que même lui ne pourrait la soulever. Mais s’il ne peut pas la soulever, il n’est pas omnipotent. Donc un Dieu omnipotent n’existe pas.

Pour résoudre ce paradoxe, les théologiens apportent la réflexion suivante: «Dieu le peut, mais ne le veut pas, il ne crée pas une masse qu’il ne pourrait pas soulever.»

Ouf! Dieu serait capable de créer une masse si grande qu’il ne pourrait pas la soulever, mais il choisit de ne pas le faire. Ce raisonnement ne résout pas du tout le paradoxe du Dieu omnipotent. Ça prouve, en revanche, que les théologiens pensent être en mesure de capturer les intentions de Dieu.

L’autre réfutation de ce paradoxe par les théologiens qui tiennent mordicus à l’existence du Dieu omnipotent, bien évidemment, est qu’une masse capable de faire plier l’échine à Dieu ne peut pas exister, comme un cercle carré. Mais un cercle carré n’existe pas et n’existera jamais, peu importe les dimensions de l’un et de l’autre. Ces deux objets sont et seront toujours contradictoires. Tandis que pour une masse, Dieu en a créé des petites, des grosses, mais pas de dimensions qu’il est incapable de soulever. L’objection des théologiens ne tient pas la route là non plus en postulant l’impossibilité d’une telle masse. Ils postulent l’inexistence d’un objet pour prouver l’inexistence du même objet.

Une fois encore, je le répète. Je ne cherche absolument pas à prouver quoi que ce soit par rapport à Dieu. J’apporte des éléments sur les aberrations de pensée des humains.

Ça me fait penser à Einstein lorsqu’il affirmait «Dieu ne joue pas aux dés.» Niels Bohr lui rétorqua: «Cessez de dire à Dieu ce qu’il est censé faire.»

En résumé, les infinis ne prouvent ni n’infirment l’existence d’un Dieu. Descartes avait tort lorsqu’il pensait y parvenir en choisissant cet angle. Si Dieu existe, il n’a peut-être rien créé d’infini, sauf notre bêtise, mais même là j’oserais croire qu’elle possède une limite.

Personnellement, je pense qu’il est vain de chercher sur terre la preuve de l’existence ou de l’inexistence de Dieu. Nous parlons de foi et celle-ci est personnelle à chacun de nous. Croire en un Dieu ne fait pas de nous une meilleure personne. Il existe bien trop de contre-exemples à cette assertion.

« On le fait et on se tait »

Tous ces flashs aperçus un peu partout depuis un certain temps autour de la planète sont-ils dus à des météorites ou à des débris spatiaux qui retombent sur Terre ? À mon avis, à un peu des deux sortes. Les débris spatiaux sont légion et en recevoir de plus en plus souvent sur le crâne est normal puisqu’on multiplie les vols spatiaux.

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De l’autre côté, jusqu’à ce jour, on a répertorié plusieurs géocroiseurs, la liste officielle n’en contient cependant que 1 889. Autant dire qu’elle est vide. C’est évident qu’il en existe un multiple important de ce nombre. Les météores qui zèbrent le ciel inopinément ne font pas partie de cette liste, sinon ils auraient été répertoriés et on aurait été alertés.

Ce qu’on oublie souvent lorsqu’on parle de débris spatiaux ou de météores c’est la fabuleuse énergie que transportent ces objets, même lorsque leur masse est modeste. Leur énergie cinétique est proportionnelle au carré de leur vitesse et lorsqu’ils pénètrent dans l’atmosphère, celle-ci peut valoir une vingtaine de kilomètres par seconde ! Même une fois en décélération par notre atmosphère, les cailloux ou les composantes de fusées peuvent facilement ravager les vitres de tout un quartier s’ils explosent avant de toucher le sol.

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Par contre, je suis intrigué par quelque chose qui risquerait bien de devenir le thème d’une nouvelle conspiration.

Comme on peut le constater sur l’image en tête de cet article, le nombre de débris spatiaux est absolument faramineux, surtout en orbite basse près de la boule bleue. Le grand cercle blanc correspond aux débris sur les orbites géosynchrones, mais près de la Terre, c’est le bouchon de circulation !

Je suis à peu près certain que les compagnies gérant le lancement de nouvelles fusées se grattent la tête pour savoir sur quelle trajectoire et à quelle heure organiser le vol des prochaines fusées pour passer à travers cette mer de débris.

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Que leur reste-t-il à faire pour se donner plus de latitudes ? Nettoyer l’espace pour réduire le nombre de débris et éviter le plus possible d’en générer de nouveaux.

Mais cette opération signifie de nous faire tomber sur la tête ce qui a été lancé dans l’espace. Les risques qu’un débris cause des dommages sont faibles, mais non négligeables. Toutefois, il serait vraiment surprenant qu’une agence spatiale avoue faire exprès pour ramener des débris sur Terre sans connaitre avec précision la trajectoire d’entrée dans l’atmosphère et les risques de dégâts.

Elles s’appliquent donc à taire leur petit jeu pour ne pas causer des vagues dans la population alors que les risques sont minimes, même s’ils sont loin d’être nuls. Gestion de l’image oblige. C’est la politique du « on le fait et on se tait ».

L’Univers holographique

Depuis une vingtaine d’années, une conjecture scientifique prétend que nous pourrions vivre dans un Univers où l’une des dimensions d’espace, à l’instar des hologrammes, ne serait qu’illusion. Cette idée n’émane pas du film La Matrice, mais bien de l’étude sérieuse des trous noirs. En revanche, les Wachowski auraient très bien pu s’inspirer du principe holographique pour composer une partie de la trame cinématographique de leur trilogie matricielle.

Un trou noir gobe de la matière, mais ne restitue rien, ni matière, ni énergie, ni information. Il y aurait donc annihilation absolue de toute l’information contenue dans la matière avalée par le monstre céleste. Il faut comprendre que l’information et l’énergie pourraient jouir du même statut, à savoir qu’on ne peut que les transformer, sans en créer ni en annihiler. Si tel est le cas, le trou noir pose un problème puisqu’il détruirait de l’information. Au mieux, seule la surface d’un trou noir est accessible de l’extérieur. Elle pourrait donc contenir toute l’information de la matière ayant été comprimée.

Mais alors, pourquoi les trous noirs feraient-ils exception en ce qui concerne l’information, alors que l’énergie, elle, est entièrement conservée puisque la masse du monstre céleste croit de la même valeur que la masse avalée ? Cette inadéquation entre l’énergie conservée et l’information disparue n’interpelle pas tous les physiciens. Peu d’entre eux croient que l’information devrait jouir du même statut que l’énergie et sa fameuse loi de conservation. Qui plus est, les trous noirs demeurent pour plusieurs des objets hypothétiques malgré les mesures précises qui semblent ne laisser planer aucun doute sur leur présence et leur rôle au cœur de chaque galaxie, y compris la nôtre, la Voie lactée.

Il est ensuite apparu qu’il serait possible de conserver la quantité d’information de la masse absorbée en admettant qu’elle puisse tenir en entier sur la surface de l’horizon des événements du trou noir. C’est la surface d’apparence noire d’un trou noir. Mais une surface, n’importe laquelle, n’a que deux dimensions, pas trois. Ainsi, l’information totale contenue dans une masse volumique tridimensionnelle devrait tenir en entier sur une surface bidimensionnelle. Si ce constat s’avérait, cela signifierait que nous vivrions dans un univers à deux dimensions et la troisième ne  serait qu’une apparence trompeuse de la réalité, tout comme un hologramme.

Évidemment, il est plus tentant de retirer le statut d’immortalité à l’information, cela résoudrait la question. Mais est-ce vraiment nécessaire d’avoir l’un ou l’autre ? La troisième option serait de considérer l’information comme étant présente dans le volume du trou noir sans aucune possibilité d’y accéder. Conserver de l’information et être en mesure de la lire ne sont-elles pas deux actions bien distinctes ? La première n’oblige pas nécessairement la seconde. Ainsi, le principe holographique appliqué à l’information pourrait n’être rien de plus qu’une… information erronée.

Photo : Futura Science

Réchauffement ou refroidissement ?

Je ne veux surtout pas ouvrir ou alimenter un débat sur notre futur proche concernant la température moyenne à la surface de la Terre à savoir si elle croitra, baissera ou restera stable. Je me fie aux rapports du GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) qui a pour tâche de rassembler et de colliger toutes les études scientifiques concernant ce sujet effectuées à travers le monde.

Plusieurs ignorent toutefois que ce groupe est fortement influencé pour que leurs conclusions soient mitigées. En résumé, ce groupe revoit systématiquement à la baisse la tendance au réchauffement observée et analysée par la très grande majorité de scientifiques dans tous les domaines touchés par les changements climatiques afin de ne pas alarmer la population. En résumé, la hausse des températures sera très certainement pire que leurs pires pronostics publiés par le GIEC.

Cependant, il se pourrait bien que les climatosceptiques obtiennent un allié de taille dans cette bataille. Cet allié, c’est la prochaine période glaciaire prévue pour la Terre. De fait, des cycles de réchauffement et refroidissement se succèdent sur une base régulière. Ceci est causé par la précession des équinoxes, un changement d’orientation de l’axe de rotation de la Terre. Ce mouvement circulaire dure un peu moins de 26 000 ans, puis recommence. Ainsi, les continents situés dans l’hémisphère Nord reçoivent moins d’ensoleillement, engendrant la croissance de glaciers gigantesques. Plusieurs milliers d’années plus tard, l’axe de rotation entame la seconde partie de son cycle, les températures moyennes se réchauffent peu à peu, faisant fondre les calottes glacées.

Nous sommes actuellement à peu près au sommet de la courbe des températures moyennes, laissant présager que ces températures recommenceront à décroitre dans un avenir pas si lointain. Voilà pourquoi certains pensent que le fameux réchauffement climatique pourrait être freiné ou à tout le moins passablement atténué.

Toutefois, cet allié opère très lentement et risque d’arriver beaucoup trop tard puisque nous sommes probablement au seuil d’un emballement thermique. Un emballement est causé par un effet de rétroaction trop faible (capture insuffisante du CO2 et du méthane) par rapport au gain, c’est-à-dire à la quantité de ces mêmes gaz émis dans l’atmosphère terrestre par le dégazage du pergélisol, des arbres et des fonds océaniques. L’emballement se produit lorsqu’un point de rupture est atteint et que la libération des gaz stockés est suffisamment importante pour libérer encore plus de gaz stockés, malgré l’arrêt complet de l’apport anthropique (causé par l’humain).

Oui, il est fort probable que la prochaine période glaciaire n’ait pas lieu grâce aux rejets dans l’atmosphère de nos gaz à effet de serre. Dit ainsi, ce résultat semble positif. Ce qu’il faut y comprendre, toutefois, c’est qu’à cause de l’emballement thermique, nous ne vivrions pas dans un congélateur, mais dans un four crématoire.

Nous savons que l’humain a déjà survécu à plusieurs cycles de glaciation en migrant à des latitudes plus basses. Mais si un emballement thermique devait survenir, nous n’aurions nulle place sur terre où se cacher. Il nous resterait peut-être sous terre ou quelque part dans l’immensité de l’espace. Et nous ignorons totalement comment survivre longtemps dans ces deux milieux inhospitaliers.

En ce qui me concerne, je mise tout sur un réchauffement brutal et catastrophique. Il faut bien assumer la réputation d’oiseau de malheur rattaché à mon nom.