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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La théorie décrivant le mieux ma fille

Après une dizaine d’années d’un travail acharné et ininterrompu, un homme aux pensées non conformistes accouche d’une théorie révolutionnaire. Cent-deux ans plus tard, celle-ci reste toujours d’actualité et n’a même jamais été prise en défaut.

La théorie de la relativité générale est un monument érigé par un seul homme, un effort de pensée hors normes. Mais la théorie d’Einstein censée résumer la façon dont le cosmos fonctionne a supplanté son auteur.

En 1920, Schwartzschild calcule une solution à ses équations qui démontre que les étoiles ont un rayon critique en dessous duquel elles se transforment en trou noir. Einstein en est horrifié et espère que la Nature possède un système de censure lui évitant de générer ces monstres. Il a tort. Puis, on lui prouve que ses équations forcent l’Univers à s’étendre ou à se contracter. Une fois encore, horripilé par ce constat, il modifie ses équations pour les amener à décrire un Univers stationnaire, conforme à sa vision. Malheureusement, l’histoire se répète, de nouveau il se trompe. L’Univers ainsi que ses propres équations refusent obstinément de se comporter comme il le veut. C’est ironique de voir que son monde ne lui a jamais appartenu, ou si peu de temps. Son bébé s’est prestement échappé de son berceau et malgré tous ses efforts pour le ramener à la maison, sa création lui a prouvé qu’on ne possède rien, même pas ses propres idées.

Morale de cette histoire vraie, ne jamais sous-estimer le pouvoir d’une idée. Une fois lancée dans l’univers, elle possède sa vie propre et ses propres amours. Alors, pensez-y avant de diffuser vos réflexions. Elles pourraient vous surprendre et il sera ensuite trop tard pour fuir votre paternité. Il vous restera à prendre un verre de vin en vous disant que vous avez fait votre gros possible, mais que force est de constater qu’elles n’en font qu’à leur tête.

Finalement, la théorie de la relativité générale et ma fille, c’est du pareil au même.

Photo: Ciel & Espace