Vivons-nous dans un trou noir ?

Je mets tout de suite les points noirs sur les i. Le trou noir dans lequel nous vivrions ne serait rien de moins que notre Univers. J’aurais pu intituler mon article : « L’Univers est-il un trou noir ? » Ainsi, sortez immédiatement de votre esprit toutes les autres interprétations, autant celles de natures socio-économiques que salaces.

Ce qui amène les scientifiques, dont les cosmologistes, à s’interroger de la sorte, ce sont certains rapprochements possibles entre les deux. Je ne reviendrai pas sur l’ensemble des concepts théoriques des trous noirs, seulement sur celui qui concerne une vision « extérieure » qui est sa capacité de retenir infiniment ce qui se rapproche en deçà d’un certain rayon de son centre.

Donc, si notre Univers, là où nous vivons, correspondait à l’intérieur d’un trou noir, nous ne pourrions jamais en sortir. Ce concept de l’emprisonnement absolu est déjà considéré comme étant une particularité de notre Univers, sinon ce ne serait pas un Univers. Voilà le premier point commun visiblement attesté, même s’il n’est que supposition.

Partant de là, il est possible de déterminer si notre Univers est un véritable trou noir en mesurant ses dimensions et sa densité moyenne. Plus les dimensions d’un trou noir croissent, plus sa densité diminue. Il est donc possible de corréler les deux. Et si ce que nous savons sur les dimensions et la densité de notre Univers est juste, il est donc possible de confirmer ou d’infirmer le principe d’un Univers trou noir.

Densité moyenne de l’Univers

Avec une densité moyenne établie par observation à 5 atomes d’hydrogène par mètre cube, la matière dans l’Univers est passablement ténue. Ce chiffre fait fi de tous les autres atomes considérés comme marginaux, y compris l’hélium même s’il contribue à environ 10 % des atomes de l’Univers.

Dimensions de l’Univers

Le problème survient surtout lorsqu’on veut connaitre les dimensions de notre Univers. Il n’y a aucun moyen de vraiment les connaitre.

Expansion de l’Univers

Puisque l’espace est en expansion depuis le Big Bang survenu il y a de cela 13,8 milliards d’années, ce n’est pas seulement la frange limite qui s’éloigne, c’est chaque atome d’espace qui laisse place à d’autres atomes d’espaces autour de lui, contribuant à faire gonfler l’espace global de manière ahurissante. Ainsi, l’expansion de l’espace engendre des effets rendant sa mesure impossible.

Vitesse de la lumière

Puisque la lumière prend un certain temps à voyager dans l’espace, il peut exister des endroits éloignés de l’espace dont la lumière ne pourra jamais nous atteindre puisque l’expansion de l’espace entre ces lieux et la Terre grandit trop vite pour laisser le temps à la lumière de parcourir le chemin supplémentaire. Ces portions de notre Univers nous resteront pour toujours inconnues.

Dimensions de l’Univers observable

À défaut de connaitre ce qui existe au-delà de ce que la vitesse de la lumière nous permet de distinguer, on est contraint de ne pouvoir mesurer que ce qui est observable. Certains cosmologistes estiment cette dimension à 93 milliards d’années-lumière de diamètre et ce ne serait que l’Univers observable depuis la Terre, pas l’Univers entier.

Univers infini

L’Univers pourrait être infini, cependant tous les infinis indisposent passablement une grande quantité de physiciens qui voient dans ce terme des relents culturels religieux inappropriés, ils préfèrent le croire fini, tout en avouant leur ignorance sur sa possible taille réelle.

Le problème du contenant

D’autre part, si on considère cette valeur comme si nous la mesurions à partir de l’extérieur de l’Univers, on considère alors que le contenu de l’Univers s’étend dans un plus grand contenant que lui-même. Il faudrait donc englober ce contenant supplémentaire dans la mesure des dimensions de tout l’Univers. Mais où cesse ce jeu des poupées russes ?

Le problème de l’observateur

En physique, un bon observateur doit rester indépendant de ce qu’il observe, sinon ses constatations deviennent contestables. En faisant partie de l’Univers que nous tentons de mesurer, le statut d’observateur fiable nous est interdit et ainsi nos conclusions resteront toujours douteuses.

Expansion égale accrétion

Un trou noir accroit ses dimensions seulement s’il est en train de bouffer de l’énergie sous n’importe quelle forme. Puisque notre Univers grandit, s’il est un trou noir, il serait en train d’avaler quelque chose venu se promener dans son entourage extérieur. Mais dans ce cas, nous devrions voir de la matière ou de l’énergie apparaitre quelque part dans l’Univers. Toutefois, étant donné que nous n’avons pas accès à voir tout l’Univers, il devient difficile de réfuter l’existence de cette activité. Tout ce qu’on peut dire, c’est qu’on n’a jamais rien vu de tel dans la portion de l’espace qui nous est visuellement accessible. L’astrophysicien Fred Hoyle, le père du terme « Big Bang », parlait de notre Univers en lui donnant la propriété de faire apparaitre subitement de la matière. Cette vision correspondrait à celle d’un Univers trou noir en train de bouffer des mondes externes. Malheureusement, cet aspect est contredit par la diminution de la température du fond cosmologique qui devrait augmenter avec la quantité de matière alors qu’elle est en diminution constante depuis le Big Bang.

Né d’un trou noir

Ne pas confondre un Univers étant un lui-même un trou noir et un Univers né d’un trou noir. Cette dernière hypothèse est souvent évoquée pour expliquer l’événement Big Bang. L’Univers serait une fontaine blanche, une éjection issue d’un trou noir. Le problème est que personne n’a réussi jusqu’à présent à m’expliquer comment un trou noir peut créer une fontaine blanche alors que rien ne peut lui échapper. Lui aurait-on inséré un bâton dans son trou noir et il aurait vomi ses tripes ? Dans ma tête, ceux qui ont inventé le concept de fontaine blanche effectuent une piètre tentative pour réhabiliter la nature définitive et irrécupérable d’un trou noir qui est de dévorer sans restituer… ou si peu lorsqu’il s’évapore en émettant quelques particules de-ci de-là, mais rien pour créer une fontaine de jouissance blanche pour physiciens en manque de libido d’idées.

Mon opinion

Je considère notre Univers en vase clos et à ce titre, il se comporte comme un trou noir en ne laissant rien échapper. Cependant, il devrait posséder d’autres caractéristiques communes avec ces monstres cosmiques qu’à mon avis, il ne partage pas. Ainsi, notre Univers ne serait pas un véritable trou noir au sens einsteinien du terme.

Penser l’Univers autrement — 2

Dans l’article précédent, j’entame une réflexion sur une vision radicalement nouvelle de l’Univers, soit un « Univers tramé informatif plurivalent (UTIP) ». Puisque cet article se veut la suite, je vous recommande la lecture du premier volet.

Démystification des bizarreries quantiques

Mon Univers informatif tramé et plurivalent expliquerait les sauts quantiques des électrons et leurs orbitales, la non-localité et tout un tas de concepts quantiques difficilement compréhensibles et acceptables dont ceux reliés à la mesure. L’expérience des fentes de Young n’aurait plus rien d’incompréhensible ou de mystérieux.

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Décohérence quantique

Ce qu’on nomme la décohérence quantique n’est en fait que la matérialisation de l’information causée par un impact, une mesure, une commande spécifique ou un algorithme traitant un lot d’informations contenues dans plusieurs mailles et qui considère qu’une particule ou un groupe de particules prendra forme à cet endroit de l’espace-temps.

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Intrication quantique

Ce phénomène si combattu par Einstein, mais maintes fois prouvé, connait avec ma théorie une fin heureuse pour ce cher homme, ou à tout le moins une explication qu’il aurait pu accepter.

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Lors de l’émission de deux photons intriqués, on sait qu’on émet de l’information et non pas les photons eux-mêmes. Cette information se transporte à travers la trame à vitesse causale c (vitesse de la lumière). Lorsqu’il y a détection d’une caractéristique comme le spin d’un des deux photons, l’information sur le spin du deuxième photon intriqué est déjà rendue là où on va le matérialiser. L’intrication quantique ne viole donc aucunement la loi de la causalité.

Augmentation de la masse avec l’augmentation de la vitesse

Ce phénomène relativiste imaginé et calculé par Einstein se comprend assez bien avec l’Univers UTIP. On remarque dans notre monde que la masse d’une particule augmente avec sa vitesse jusqu’à valoir l’infini ∞ si on la pousse à atteindre la vitesse limite de causalité c.

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Or ce comportement s’explique en considérant qu’une information requerra un nombre plus important de mailles pour être transmise plus rapidement afin de ne pas saturer la capacité des mailles d’espace-temps et ainsi de corrompre ou de perdre cette information. L’usage de plus de mailles par unité de temps équivaut exactement à une plus grande quantité d’information fixe, donc à une plus grande masse.

La gravitation

On peut même comprendre les effets cosmologiques comme la déformation graduelle de l’espace-temps lorsque la quantité de matière (d’informations) augmente. Si on considère que les mailles gardent toujours les mêmes dimensions, il faut donc accepter que ces déformations soient de l’espace-temps supplémentaire créé pour aider à supporter le poids grandissant des informations transportées sur la trame et non pas un étirement de ces mailles comme le montrent souvent les représentations de la gravitation de la relativité générale.

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Si la masse n’est plus qu’une information inscrite dans des paquets qui se meuvent plus ou moins rapidement sur la trame et qu’elle crée sur son passage des mailles d’espace-temps supplémentaires, il faut donc accepter que la gravitation qu’exerce une masse sur une autre représente simplement la propension de l’information à trouver le maximum de mailles d’espace-temps d’informations et à s’en rapprocher afin d’en utiliser une certaine quantité à son propre profit.

Une masse importante crée une grande quantité de mailles d’espace-temps vierges d’informations qui deviennent disponibles pour cette même masse d’information, mais également pour tout paquet d’information passant à proximité. Cela exerce sur ce paquet un attrait à se rapprocher de ces mailles supplémentaires, car chaque paquet d’information est conçu de telle façon à rechercher le chemin le plus susceptible de le transporter efficacement, donc à trouver le chemin où existent le plus de mailles.

Les trous noirs

Les trous noirs correspondent simplement à des endroits où le nombre de mailles à créer dépasse la capacité de la trame d’espace-temps. L’information transportée est alors piégée au sein d’une certaine quantité de mailles qui perdent leur capacité de générer des particules à cause de leur impossibilité de résoudre les équations à partir d’informations incomplètes au sein de chacune des mailles.

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Un trou noir, c’est un disque dur d’ordinateur au catalogue corrompu à cause d’une quantité trop grande d’informations. Les infos inscrites dans ces mailles sont irrémédiablement piégées.

L’expansion de l’Univers

On peut expliquer l’expansion de l’Univers par son besoin de transporter de plus en plus d’informations. Ce gonflement ne se produit pas sur les rebords de l’Univers, mais partout dans l’espace, créant des mailles supplémentaires capables de relayer toujours plus d’informations.

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Cette création se produit à partir de ce qu’on nomme aujourd’hui l’énergie sombre ou noire, une énergie potentielle capable de générer des mailles d’espace-temps à un rythme défini par la quantité d’information à transmettre afin d’éviter la saturation des mailles, le piégeage des infos et ainsi la production de trous noirs intempestifs.

Conclusion

Voilà en résumé comment un monde basé sur un transport d’informations sur des particules plutôt que sur le transport des particules elles-mêmes permettrait de comprendre et de lier la physique quantique et la physique cosmologique en une seule vision cohérente de notre Univers.

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Il reste tellement à écrire sur ce type d’Univers et de choses à expliquer, mais je suis sincèrement convaincu que cette vision permet de réconcilier une fois pour toutes les deux pans apparemment incompatibles de notre physique moderne.

Je poursuivrai mes réflexions sur mon «Univers tramé informatif plurivalent» (UTIP) dans d’autres articles qui seront répartis parmi beaucoup d’autres sujets de préoccupations. Restez à l’affût en vous abonnant.

La gravitation

J’aimerais vous partager un peu de mon enghousisame pour la gravitation, car ce phénomène, cette force, cet effet, ce sujet d’étude est plus que fascinant.

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En Grèce antique, elle n’était pas universelle puisque les observations montraient que la fumée montait. Ainsi, tout ne tombait pas sur Terre. Ils voyaient également que la Lune ne tombait pas. Les objets possédaient donc un lieu naturel auquel ils se raccrochaient, soit la Terre, soit le ciel.

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Par la suite, Galilée montre que la chute des corps est universelle et pourtant l’expérience avec des corps légers et lourds ne pouvait pas le démontrer à cause de la résistance de l’air plus perturbante pour les objets très légers. Dans le vide, tous les corps tombent effectivement de façon identique, mais pas sur Terre. Et pourtant, il ose le prétendre grâce à des exercices de pensée, mais certainement pas grâce à une expérience qui aurait prouvé qu’une plume tombe à la même vitesse qu’une pierre ! Sa démonstration à la tour de Pise est du folklore.

Newton fait faire un bond de géant à la gravitation avec sa loi montrant que c’est une force qu’exercent les objets massifs entre eux. Il en déduit une formule montrant que cette force est proportionnelle à la multiplication des masses et diminue en fonction du carré de la distance séparant les deux objets.

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Mais le plus impressionnant est qu’il établit un parallèle entre la chute des corps sur Terre et les orbites célestes en affirmant que la Lune tombe bien sur la Terre, mais sa rotation autour de notre planète fait qu’elle ne cesse de nous rater. Il découvre l’existence d’une constante gravitationnelle (G) identique pour tous les corps s’attirant dans l’Univers. La force gravitationnelle s’exerce sans aucune limite de distance et elle est instantanée. Il sait que cette force dépend des masses des objets, mais il ignore ce qui fait que la masse attire la masse.

Einstein saute ensuite sur l’occasion de déclasser la théorie de Newton en sachant que la force gravitationnelle ne peut pas s’exercer instantanément puisque rien ne peut dépasser la vitesse limite correspondant à la vitesse de la lumière dans le vide. Il a compris que la théorie de Newton n’est qu’une approximation d’une théorie plus générale. Il cesse de voir la gravitation comme une force. Il établit une équivalence entre la masse inertielle et la masse pesante. Il considère que la masse déforme l’espace-temps et c’est cette déformation d’autant plus importante que la masse est grande et dense qui fait courber les trajectoires des objets, leur imposant de tourner le long d’une courbe elliptique pour les planètes gravitant autour des étoiles et des lunes autour de leurs planètes.

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La théorie du grand homme parvient même à prévoir que le temps est modifié par le champ de gravité. Aujourd’hui, il suffit de surélever une horloge atomique de 20 cm pour commencer à apercevoir un décalage entre celle-ci et une autre restée bien en place. Il reste cependant encore une grande inconnue dans cette théorie, pourquoi la masse plie-t-elle l’espace ? Et si la gravitation n’est pas une force, comment la masse parvient-elle à déformer l’espace autour d’elle sinon en lui appliquant une force qui l’étire ?

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Mais le plus gros problème avec la théorie de la gravitation d’Einstein qu’on appelle la relativité générale se situe dans les extrêmes. Elle prédit correctement la formation des trous noirs, mais elle établit une densité centrale valant l’infini, ce qui cesse d’être de la physique. Même chose pour le Big Bang, la relativité générale considère qu’au temps zéro, l’Univers était infiniment dense, infiniment chaud et infiniment petit. Une théorie qui prédit des infinis n’est plus une théorie et là encore, on peut considérer qu’il existe une meilleure théorie que la relativité générale.

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Afin de se dépêtrer de ces dérangeants infinis, les physiciens inventent d’autres théories dont l’une semble prometteuse, la gravitation quantique à boucles. Cette théorie cesse de voir l’espace-temps comme étant continu, il devient discret, comme des atomes tous identiques d’espace-temps. On obtient alors des aires et des volumes minimaux et discrets, une sorte de maillage tridimensionnel où tous les petits volumes incompressibles sont reliés entre eux par un réseau de spins. Le plus grand spécialiste de cette théorie est l’Italien Carlo Rovelli. L’Américain Lee Smolin de l’Institut Perimeter au Canada a également apporté une importante contribution. Plus récemment on entend beaucoup parler du Français Aurélien Barrau, une étoile montante de cette théorie et un excellent vulgarisateur. Je le félicite également pour ses sorties remarquées en faveur de l’environnement.

Mais la gravitation n’a pas terminé de nous surprendre et de nous étonner. Récemment, la mise en lumière du boson de Higgs et du champ de Higgs nous éclaire un peu plus sur le mécanisme engendrant la masse. Cependant, des questions fondamentales demeurent, dont à savoir pourquoi les particules ont toutes des masses différentes et pourquoi elles ont les masses qu’on leur connait ?

Mais il y a pire. On ignore si la gravitation existe aux petites échelles. Et quand je parle des petites échelles, je ne fais pas seulement allusion au niveau des particules élémentaires, mais à tout ce qui se situe en deçà du dixième de millimètre à cause d’autres forces s’exerçant à ces échelles et qui masquent très efficacement les éventuels effets de la gravitation. Pour savoir si deux protons s’attirent par la force gravitationnelle, il faudrait pouvoir la discerner à travers la force électromagnétique qui les repousse avec un facteur 1030 fois plus important.

En résumé, on sait calculer plein de choses en rapport avec la gravitation, mais on ignore encore totalement ce qui la constitue et même si elle existe réellement. Si la gravitation reste l’effet le plus évident à l’échelle humaine, elle demeure la plus mystérieuse de toutes les interactions.

E pour excellence

EDans ma série d’articles consacrés à un nom commençant par une lettre précisée, voici venu le tour de la lettre E et d’un mot qui ne rate jamais de me faire grincer des dents, le terme «excellence».

Ce mot fourre-tout sert d’outil d’évaluation, mais surtout d’outil de dénigrement démagogique, car l’excellence n’est jamais définie avec précision. Pour bien évaluer les caractéristiques de quelque chose, on utilise plutôt le mot «qualité» qui possède ses règles propres, ses systèmes, ses standards, ses cadres de références, ses méthodes et ses outils. Mais pour l’excellence, les choses se compliquent, car le terme cultive les flous.

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Tout d’abord, l’excellence suppose un classement sous-jacent et celui-ci exige donc une évaluation préalable. Toute bonne évaluation repose sur des principes précis. Savoir ce qu’on veut exactement évaluer est la première question à se poser. Ensuite viennent les éléments mesurables susceptibles d’apporter une partie de la réponse. Ces mesurables doivent être pondérés pour former un ensemble de critères aux poids relatifs. Une série de questions sera élaborée afin de constituer les sondes qui mesureront ces critères. Enfin, l’analyse des résultats permettra de tirer des conclusions.

Cependant, tous ceux qui parlent d’excellence se moquent des évaluations faites dans les règles de l’art puisque leur but se situe ailleurs, à la frontière d’un discours manipulateur. Ou plutôt, ils prononcent des discours servant à manipuler qu’ils déguisent en discours rationnels, puisque le mot excellence est un vide qui absorbe tout, mais qui ne restitue rien.

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Pourquoi? Parce que personne n’est excellent. Pourquoi personne n’est excellent? Parce que l’excellence n’existe pas. Pourquoi l’excellence n’existe-t-elle pas? Parce que personne ne peut la définir suffisamment précisément selon les contextes pour qu’elle serve d’outil de mesure. Et pourtant elle est utilisée pour mesurer. Mais mesurer quoi?

La seule chose que le mot excellence mesure c’est la capacité à se culpabiliser. Plus on se sentira coupable du travail accompli, plus on tendra à croire qu’on peut offrir de l’excellence.

Ce mot sert uniquement aux dirigeants démagogues à exiger plus en ne donnant rien, à rendre les gens honteux et coupables des problèmes engendrés au sommet de la pyramide, à persécuter moralement des innocents en camouflant les vraies causes et les vrais responsables des échecs ou des piètres performances.

Comprenez le mot «excellence» comme une tentative de manipulation infondée, injustifiée et fort probablement injustifiable. Ne vous laissez pas emberlificoter par un discours mettant en valeur ce terme qui s’apparente grandement à un trou noir.

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J’entends souvent les gens utiliser le mot «excellent» lors d’échanges verbaux et la télévision est particulièrement riche en la matière lors d’entrevues ou durant les bulletins de nouvelles. Voici un exemple.

«La catastrophe a fait plus de cent morts et au moins le double de blessés.» Et le lecteur de nouvelles de répondre au reporter pour clore l’entretien: «Excellent.»

Qu’est-ce qui est si excellent? La catastrophe? Le nombre de victimes? Les images d’horreur? La cravate du reporter? Ah! Peut-être le reportage en lui-même, mais sur quels critères est-il qualifié d’excellent?

Pour les raisons préalablement décrites, rien ne peut être qualifié d’excellent sans évaluation précise et précisée, mais cet exemple démontre la nullité du terme, tout comme la stupidité de son utilisation et sa banalisation, mais ça fait chic en donnant l’impression d’une appréciation rationnelle et juste, alors qu’il n’en est absolument rien.

Alors, comment avez-vous trouvé mon article d’aujourd’hui? Excellent, peut-être? Puisque je vise toujours l’excellence…

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.

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.

Cortège de trous noirs

Le cœur de la Voie lactée n’abrite pas seulement un trou noir supermassif de 4 millions de masses solaires, mais également une myriade de petits trous noirs stellaires. On en a recensé une douzaine jusqu’à présent, mais ce n’est que le début puisqu’on en prévoit des centaines.

Cette découverte n’est pas inattendue, bien au contraire. La Galaxie, comme beaucoup d’autres, possède un bulbe galactique entourant son centre. La densité de la population d’étoiles y est beaucoup plus forte qu’ailleurs. Le centre de notre Galaxie contient également ses plus vieilles étoiles. Pour ces raisons, trouver beaucoup d’étoiles s’étant transformées en trou noir près du centre galactique prouve que la Voie lactée est une galaxie normale.

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On avait prouvé voilà déjà plusieurs années que le centre galactique était effectivement un trou noir supermassif plutôt qu’un amas dense d’étoiles ordinaires. Le cortège de trous noirs stellaires gravitant dans son giron.

Contrairement à la croyance populaire, un trou noir supermassif ne se comporte pas comme un aspirateur. Les objets tournant autour de lui peuvent très bien conserver une orbite stable en conformité avec les lois de Kepler.

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Le trou noir central accumule en son sein de la matière environnante uniquement lorsque certains objets ont été déviés par des collisions ou lorsque la Galaxie avale des nuages de gaz ou d’autres galaxies qui se sont trop rapprochés. Mais pour ce qui est des objets en orbite stable autour de son noyau, ils peuvent poursuivre leur ronde des millions d’années sans aucunement être avalés.

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Cette découverte a été réalisée par une équipe de la Nasa dirigée par Chuck Hailey avec le télescope Chandra détectant les rayons X. Due à toute la poussière et aux milliards d’étoiles situées entre nous et le centre de notre Galaxie, il est impossible d’utiliser un télescope opérant dans le visible ou aux longueurs d’onde s’y rapprochant. Seuls les rayons X et gamma peuvent sonder le centre de notre Voie lactée.

Le premier à avoir prédit des milliers de trous noirs de masse stellaire formant un disque tournant autour du trou noir supermassif central est le théoricien Mark Morris en 1993. Cette récente découverte ne révèle rien de surprenant. Toutefois, les moyens mis en œuvre pour le prouver repoussent encore plus loin nos compétences observationnelles.

Photos : ici-radio-canada.ca ; maxiscience.com ; astroalbastronomy.wordpress.com ; atlantico.fr

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