Un trou noir dans le système solaire ?

Bon ! Bon ! Les grands mots sont lancés ! On peine à trouver la fameuse planète 9, aussi connue sous les noms planète X, Nibiru, etc., beaucoup de noms pour un objet toujours hypothétique !

Toutefois, les hypothèses se raffinent et les probabilités concernant la présence d’une autre planète dans notre système solaire continuent de croitre. Aujourd’hui, peu d’astronomes raillent du sujet contrairement à il y a vingt ou même dix ans. Ce ne sont plus les apôtres du Nouvel Âge qui parlent, ce sont de très sérieux scientifiques équipés de superordinateurs afin d’appuyer leurs prétentions.

Ils ne peuvent pas expliquer certaines perturbations d’objets lointains dans le système solaire autrement que par une planète qui voyagerait à ses confins. Une planète d’une dizaine de fois la masse de la Terre. Une planète à l’orbite très excentrique. Une planète dont la révolution autour du Soleil durerait quelques dizaines de milliers d’années et, comble de malchance, se situerait actuellement à son aphélie à 150 milliards de kilomètres, le point de son orbite le plus éloigné du Soleil et de nous par conséquent. En comparaison, la Terre est mille fois plus proche du Soleil que ne le serait actuellement ce fameux objet perturbateur transneptunien.

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La ceinture de Kuiper se situe au-delà de Neptune et abrite des astéroïdes et des planètes naines. L’une d’elles ne vous est pas inconnue puisque c’est Pluton. Deux autres ont été repérées, elles portent les noms de Makemake et d’Haumea. Au-delà de cette ceinture rocheuse, on observe une baisse importante et anormale de leur nombre surnommée le précipice Kuiper (Kuiper Cliff). Cette absence de cailloux dans cette région intrigue les astronomes. De plus, on observe plusieurs corps de la ceinture se comportant anormalement. En mettant bout à bout tous ces indices, on obtient la probabilité qu’une planète se promène effectivement dans cette région.

Grâce aux ordinateurs et aux lois de la physique qui les alimentent, on parvient à estimer la masse, l’orbite et la position actuelle de cette hypothétique planète. Évidemment, tous ces calculs ne peuvent être qu’approximatifs, mais si on veut la trouver, il faut bien braquer nos télescopes dans une direction où les probabilités de voir l’objet sont optimales.

Malheureusement, malgré tous les moyens mis de l’avant jusqu’à présent pour la dénicher, rien à faire. On a beau observer avec les plus puissants télescopes, Nibiru reste introuvable là où l’on pense qu’on devrait la voir.

Son existence est donc régulièrement remise en question, mais les perturbations dans la ceinture de Kuiper doivent s’expliquer et pour le moment, on ne voit aucune autre explication plus convaincante que celle de la planète X.

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Or, par déduction logique, si une planète est présente et si on ne parvient pas à la voir alors que nos télescopes en seraient capables, ce n’est pas parce qu’elle n’existe pas, mais parce qu’elle serait inobservable. Et l’on connait une certaine classe d’objets célestes véritables et inobservables, ce sont les trous noirs.

Mais il y a un gros hic. On connait avec certitude deux types de trous noirs. Le trou noir stellaire, généré par une étoile s’étant transformée en supernova. Les restants de cette explosion forment un trou noir lorsque la masse résiduelle est suffisante. Les plus petits trous noirs stellaires frisent 3 fois la masse solaire. C’est bien plus qu’un trou noir de seulement quelques fois la masse terrestre. L’autre trou noir connu est supermassif, des milliers, des millions voire des milliards de fois la masse solaire.

Alors, imaginer un trou noir de seulement quelques masses terrestres n’est pas anodin puisque aucun phénomène connu actuel ne peut en générer d’aussi légers. Observer la planète X si elle était un trou noir serait impossible puisqu’il ferait seulement une vingtaine de centimètres de diamètre et il serait évidemment totalement noir.

Alors d’où proviendrait cet objet minuscule et hyper massif ? On pense que des petits trous noirs auraient été créés tout au début de l’existence de l’Univers, juste après le big bang. L’hypothèse n’est pas nouvelle puisque les conditions permettant leur formation pouvaient exister à cette époque préstellaire. Il se pourrait même que ces objets, les plus gros d’entre eux, aient été à l’origine de la création des galaxies et la raison pour laquelle chacune d’entre elles possède aujourd’hui en son centre un trou noir supermassif. Les granules originelles auraient cru jusqu’à devenir géantes grâce à l’accrétion graduelle de matière. Toutefois, la grande majorité des trous noirs minuscules continueraient de peupler les galaxies et l’un d’entre eux orbiterait dans notre propre système solaire. L’hypothèse est intéressante mais exotique. C’est pourquoi il faut passer en revue toutes les autres possibilités avant de se rabattre sur cette dernière.

La suite est excitante puisque nous pourrions prouver simultanément l’existence d’un corps perturbateur en orbite lointaine ainsi que ces fameux trous noirs primordiaux jamais encore détectés.

Le problème actuel est celui de la quantité de données disponibles. Nos observations de qualité sont trop récentes pour bâtir une hypothèse robuste. Plusieurs années à récolter de nouvelles données devraient permettre d’y voir plus clair. 

Une autre possibilité est qu’il existe non pas une, mais deux planètes éloignées. Ainsi, actuellement nous déduirions la position médiane située entre les deux corps et on ne verrait que le vide, raison des insuccès actuels de nos observations par télescopes.

Ce scénario me plait. Il ne fait pas intervenir d’objets exotiques hypothétiques et il aurait l’avantage de faire cesser la tergiversation entre les noms planète 9 et planète X, chacune s’accaparant l’un d’eux.

Solstice et obliquité

Le solstice d’été s’avère un moment propice pour aborder le sujet de l’obliquité de la Terre.

Dans l’hémisphère nord où vit 90 % de la population mondiale, l’été survient autour du 21 juin de chaque année au moment appelé le solstice. Ce mot dérivé du latin solstitium signifie que le soleil (sol) semble s’arrêter (stare). Pas que le Soleil cesse de bouger dans le ciel, mais il semble cesser de modifier sa trajectoire ascendante.

Obliquité

Évidemment, le Soleil ne bouge pas vraiment. C’est la Terre qui, au cours de sa révolution autour de lui, présente à ce moment de l’année l’inclinaison de son axe de rotation dans une position telle que la clarté diurne dure plus longtemps, les nuits sont donc les plus courtes. Sans l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre, ce phénomène annuel n’existerait pas, les nuits et les jours seraient toujours identiques et d’égales durées et il n’y aurait qu’une seule saison.

On peut donc considérer l’inclinaison de l’axe de rotation de notre planète comme la grande responsable des variations climatiques annuelles. Je vais donc «me pencher» un peu plus sur cette fameuse inclinaison pour mieux la comprendre.

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Les planètes et les étoiles se forment par l’agrégation (accrétion) d’un nuage de gaz et de poussières tournant dans un plan de rotation quelconque. Ce plan est appelé l’écliptique et toutes les futures planètes non perturbées partageront à peu de chose près ce même plan. Le nuage de poussières et de gaz se fragmente en créant des tourbillons internes en forte rotation sans toutefois cesser de faire le tour de l’astre central qui deviendra l’étoile. Si rien ne vient déranger ce scénario, l’axe de rotation des tourbillons sur eux-mêmes qui deviennent graduellement des planètes et l’axe de l’écliptique se confondent parfaitement puisqu’ils émanent du même phénomène qui est la rotation du nuage originel.

Dans ces circonstances idéales, les planètes n’ont aucune obliquité. En réalité, toutes les planètes du système solaire possèdent un penchant plus ou moins important, sauf Mercure en première approximation. Si Jupiter ne penche que de 3°, Saturne, Mars, Neptune et la Terre s’inclinent entre 20° et 30°. L’obliquité de notre planète est actuellement de 23°26’14’’ et c’est loin d’être la plus prononcée. Uranus roule sur le côté, quasiment comme une boule de bowling, faisant un angle impressionnant de 98°. Toutefois, la palme revient à notre sœur Vénus qui se retrouve à 177°. C’est-à-dire que son ancien pôle Nord se retrouve aujourd’hui au sud, elle a complètement basculé. On le sait puisque sa rotation est rétrograde.

L’obliquité des planètes peut avoir été causée par d’anciennes collisions cosmiques de grande envergure. Au commencement, notre système solaire comptait bien plus de planètes qu’aujourd’hui. Plusieurs protoplanètes se sont heurtées en créant de plus gros corps célestes et ces collisions surviennent rarement à un angle nul entre les deux objets. Ce faisant, l’axe de rotation est nécessairement perturbé et c’est ainsi que les planètes résultantes peuvent se retrouver avec une obliquité plus ou moins prononcée.

La Terre n’a pas échappé à ce genre de cataclysme. Une planète de la taille de Mars l’aurait heurtée très tôt dans son histoire. On a donné le nom de Théia à celle qui est venue nous embrasser. Aujourd’hui, on est pas mal certain que la Lune aurait émané de ce terrible choc par l’accrétion des débris projetés dans l’espace. L’obliquité de la Terre viendrait peut-être de cette collision.

La présence rapprochée de notre Lune stabilise l’axe de rotation de la Terre qui sinon aurait tendance à devenir beaucoup plus instable. Moins de conditions changeantes favorisent l’évolution des êtres vivants vers plus de complexité.

L’obliquité de la Terre n’est pas constante, en fait rien n’est vraiment stable dans la nature et encore moins la mécanique céleste. L’inclinaison varie à cause de deux phénomènes que sont la précession et la nutation. La précession est le changement de position de l’axe de rotation. Il tourne lentement sur lui-même, mais si cette rotation était parfaitement circulaire, l’obliquité ne varierait pas. Le fait qu’il décrive une ellipse cause un changement de valeur de l’angle. La nutation, quant à elle, se présente comme une légère oscillation de l’axe de rotation. Le rebord de l’ellipse est crénelé, un peu comme une dentelle. Ces deux mouvements conjugués de la Terre modifient légèrement l’inclinaison de son axe de 2,5° au total sur une période d’environ 41000 ans.

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L’obliquité est une bénédiction, car elle permet à la chaleur solaire de se distribuer un peu plus équitablement sur la planète. En plus de donner plusieurs saisons distinctes dans les deux hémisphères, elle permet d’amenuiser les écarts de température entre les pôles et l’équateur. Avec une obliquité nulle, il ferait beaucoup trop chaud aux basses latitudes et beaucoup trop froid aux latitudes élevées. Il ne resterait que deux bandes où l’humain pourrait vivre plus ou moins confortablement. L’une d’entre elles serait située dans l’hémisphère sud, là où il n’y a presque pas de terres, il ne resterait en tout et partout que la bande située au nord pour pouvoir s’émanciper.

L’humain n’aurait probablement jamais vu le jour, mais qui sait? Les parasites ont toujours plus d’un tour dans leur sac. Notre planète pourrait être aux prises avec nous, essayant de modifier l’obliquité afin d’augmenter la surface des territoires habitables. Je n’ose pas penser aux solutions imaginées pour parvenir à cette fin.

L’obliquité de la Terre nous évite donc de faire les idiots. Bah! Faut pas trop s’en faire, il reste tellement de façons de lui causer des torts, au bout du compte, une de moins ne fera pas grande différence.

Librations

L’humain connait la Lune, notre satellite naturel, depuis qu’il lève les yeux vers le ciel. Alors sauriez-vous répondre à cette petite question? Quel est le pourcentage de la surface de la Lune observable de la Terre?

Ouais, vous n’êtes pas très astronome et les caractéristiques des astres ne vous émoustillent pas vraiment. Je sais. Malgré tout, vous pensez connaitre la réponse à cette question somme toute aisée.

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La Lune nous montre toujours la même face, c’est bien connu. Vous ignorez certainement pourquoi, cependant à cause de ce phénomène, vous déduisez ce qui suit. La Lune est une sphère et si elle nous montre toujours la même face, on voit alors 50 % de toute sa surface.

Vous seriez même tenté de réduire un peu ce pourcentage puisque tout le rebord n’est pas très facile à observer, voire quasiment impossible. Est-ce que le chiffre de 45 % vous semblerait plus réaliste? Probablement.

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Toutefois, le vrai pourcentage observable de la surface lunaire est plus proche de 59 %. Hein? Comment peut-on voir une bonne partie de sa face « cachée »? C’est à cause des librations, le terme utilisé pour parler de ce phénomène.

La Lune nous montre toujours la même face puisque sa période de rotation (sur elle-même) est égale à sa période de révolution (autour de la Terre). Ce n’est pas un hasard. Les forces de marée entre les deux astres incitent le moins massif des deux à atteindre plus rapidement ce point d’équilibre en ralentissant graduellement sa rotation jusqu’à l’atteinte du verrouillage, un point de moindre énergie.

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Et pour prouver que rien ne sera simple, il existe quatre types de librations, raisons pour lesquelles le pourcentage de surface visible atteint 59 %. Parlons des librations en longitude, des librations en latitude, des librations parallactiques et enfin des librations physiques.

Les librations en longitude sont dues à la forme elliptique de l’orbite lunaire autour de la Terre. Les librations en latitude dépendent de l’angle de cette orbite par rapport à son angle de rotation qui est de 6,7 degrés. Réparties sur plusieurs lunaisons, nous observons un peu plus du pôle Nord et ensuite un peu plus du pôle Sud. La Lune semble hocher du bonnet.

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À douze heures d’intervalle, on peut également voir encore plus de sa surface grâce à l’effet de parallaxe, c’est lorsque nous nous trouvons alternativement du côté gauche et du côté droit de la Terre lorsqu’elle tourne sur elle-même. L’angle créé entre ces deux positions par rapport à la Lune est suffisant pour en voir encore un peu plus. Ce sont les librations parallactiques.

Et enfin les librations physiques se rapportent aux oscillations réelles de notre satellite, car pour rester ainsi verrouillée, la Lune oscille légèrement comme tout objet en « équilibre ». Ces petites oscillations autour d’un point central permettent de voir un peu plus de sa surface lorsque ces mouvements s’additionnent aux autres librations. Et voilà pourquoi 9 % de sa face cachée nous sont tout de même accessibles depuis la Terre. Les 41 % restants ne peuvent être vus que si nous nous déplaçons physiquement dans l’espace, nous ou nos instruments.

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Promenez-vous sur le web et observez attentivement plusieurs photos de la pleine Lune. Vous verrez qu’elle se montre légèrement différente d’un cliché à l’autre. Vous n’aviez jamais porté attention à ce phénomène? La belle-de-nuit se dévoile bien plus à qui sait l’admirer.

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.