Trou noir et vitesse de la lumière

[Ludo J.]

Bonjour !

 

Je me pose une question : Comment se fait-il que la lumière ne puisse pas quitter un trou noir ? En vulgarisation on parle souvent de vitesse de libération plus grande que la célérité de la lumière... mais sémantiquement parlant, une vitesse de libération dépend de l'attraction gravitationnelle d'un objet sur un autre...

 

Sachant que la lumière n'a pas de masse, le problème n'est pas la vitesse de libération nous sommes d'accord ? J'ai cru comprendre que c'était plutôt parce que l'espace-temps est déformé et que la lumière ne peut donc pas ressortir... mais précisement ça marche comment ?

 

Merci  

[Benoît]

Pour t'aider à comprendre, je te suggère de faire une recherche sur l'effet de lentille qui déforme la direction de la lumière. La déformation autour d'un trou noir est supérieure à celle provoquée par une étoile dans un effet de lentille. 

[Batbihirulau]

il y a 47 minutes, Ludo J. a dit :

 lumière n'a pas de masse,

Nan!!!

La lumière peut être vue (si on peut dire) de 2 façons:

-une onde électromagnétique

-une particule (le photon)

C'est la dualité onde/corpuscule

La lumière est bien soumise à cette vitesse de libération qui n'a rien de vulgaire, d'ailleurs.

[Denis Udrea]

Il y a 15 heures, Ludo J. a dit :

Sachant que la lumière n'a pas de masse

C'est bien pour cela qu'il faut passer de l'ancienne théorie de la gravité de Newton à celle de la Relativité Générale.

Pas besoin de masse pour le photon pour être dévié. C'est la masse du TN qui déforme l'espace temps à son voisinage et cette déformation s'impose également au parcours de la lumière.

[bongibong]

Tu peux voir le champ de gravitation comme une rivière qui s'écoule. Le photon est un  nageur.

 

A partir du moment où le courant est plus rapide que le nageur, il a beau nagé en direction amont, il se fait quand même entraîné vers l'aval par le courant.

[pm77g]

Le 12/03/2020 à 17:33, Batbihirulau a dit :

Nan!!!

La lumière peut être vue (si on peut dire) de 2 façons:

-une onde électromagnétique

-une particule (le photon)

C'est la dualité onde/corpuscule

La lumière est bien soumise à cette vitesse de libération qui n'a rien de vulgaire, d'ailleurs.

Si!

C'est pourtant vrai. La lumière n'a pas de masse. En relativité restreinte le quadrivecteur quantité de mouvement (ou quadrimoment) du photon s'exprime en fonction de l'énergie et non de la masse. 
En outre, la lumière ne doit être vue ni comme un corpuscule puisque lors de certaines expériences (fentes de young) son comportement est ondulatoire, ni comme une onde puisque lors d'autres expériences elle se comporte comme un corpuscule.

 

La vulgarisation de la vitesse de libération est suffisante pour des collégiens, mais quand on s'y penche de plus près elle souffre de grosses lacunes, comme par exemple l'omission du fait qu'un corps peut accélérer après son lancement, ce qui se voit très bien sur les lancements de fusées qui n'ont pas du tout une vitesse initiale supérieure à la vitesse de libération de la terre.

C'est bien la déformation de l'espace-temps qui est en jeu. Sans entrer dans les calculs, il est très utile de se refaire les expériences de pensées d'Einstein, purement qualitatives, qui permettent de comprendre les principes qui régissent les phénomènes.

 

['Bruno]

Le 12/03/2020 à 16:41, Ludo J. a dit :

Sachant que la lumière n'a pas de masse, le problème n'est pas la vitesse de libération nous sommes d'accord ?

Non : comme l'a dit tout le monde avant moi même la lumière est affectée par la gravitation, on le sait depuis la théorie de la Relativité.

 

Mais même en physique newtonienne, ton raisonnement est faux.

 

En effet, la vitesse de libération d'un objet qui chercher à s'extraire de l'attraction d'un astre dépend de la masse de cet astre, pas de l'objet. Par exemple elle dépend de la masse de la Terre, pas de celle de la fusée. Dans ton exemple, elle dépend de la masse du trou noir, pas de la masse de la lumière : donc on s'en fiche que la lumière n'ait pas de masse − même en physique newtonienne − puisque c'est la masse du trou noir qui compte.

 

[spark]

Bonjour

Si rien ne peut s'echapper d'un "trou noir", ni meme la lumière, il faudra alors nous expliquer les bulles de fermi, les jets des galaxies actives et les autres mystères des centres galactiques.. 

 

 

Deux bulles géantes de gaz chaud émettant des rayons gamma 

 

https://www.fredzone.org/il-se-passe-quelque-chose-avec-les-bulles-de-fermi-998

 

Modifié 21 avril 2020 par spark

[pm77g]

Il y a 13 heures, 'Bruno a dit :

Non : comme l'a dit tout le monde avant moi même la lumière est affectée par la gravitation, on le sait depuis la théorie de la Relativité.

 

Mais même en physique newtonienne, ton raisonnement est faux.

 

En effet, la vitesse de libération d'un objet qui chercher à s'extraire de l'attraction d'un astre dépend de la masse de cet astre, pas de l'objet. Par exemple elle dépend de la masse de la Terre, pas de celle de la fusée. Dans ton exemple, elle dépend de la masse du trou noir, pas de la masse de la lumière : donc on s'en fiche que la lumière n'ait pas de masse − même en physique newtonienne − puisque c'est la masse du trou noir qui compte.

 

Je ne suis pas tout à fait d'accord. En effet la vitesse de libération d'un objet dépend uniquement de la masse de l'astre parce qu'en physique classique on égalise l'énergie potentielle à l'énergie cinétique, les masses de l'objet se simplifient, il ne reste que la masse de l'astre. On ne peut simplifier par 0.
Le problème que soulève Ludo J. est plus profond que ça et touche le principe d'équivalence de la relativité générale. En résumant je pense que ça donnerait : l'accélération gravitationnelle est le meme phénomène que l'accélération mécanique.
En partant de ce principe, tout ce que nous pouvons observer sous l'effet de l'accélération mécanique se produira donc aussi à proximité d'une masse.
C'est là qu'entre en jeu l'experience de pensée d'Einstein: 
Imaginons un observateur dans une cabine propulsée dans l'espace grâce à un moteur. Pendant l'accélération (MRUA), si un rayon lumineux entre d'un côté de la cabine, il en ressortira un peu plus bas, parce qu'entre-temps la cabine a augmenté sa vitesse. L'observateur va donc observer une courbure du rayon lumineux.
Ce qui se passe à cause de l'accélération mécanique, se passe aussi à cause de l'accélération gravitationnelle (principe d'équivalence). Ainsi les rayons lumineux sont courbé à proximité de masse.

 

C'est pas évident de comprendre pourquoi la lumière subit la gravitation, puisqu'elle n'a pas de masse et que la gravitation qu'on apprend au lycée est celle de Newton, et ne se produit qu'en présence de masse. 
La solution d'Einstein qui a aboutit à la relativité générale est donc de dire : la masse n'exerce pas d'interaction à distance, elle courbe l'espace-temps. Etant donné que la lumière prendra toujours le chemin le plus rapide (géodésique), elle va suivre la courbure de l'espace-temps et donc on pourra observer des courbures dans sa trajectoire. 

 

[Denis Udrea]

Il y a 2 heures, spark a dit :

Si rien ne peut s'echapper d'un "trou noir", ni meme la lumière, il faudra alors nous expliquer les bulles de fermi, les jets des galaxies actives et les autres mystères des centres galactiques.. 

Bonjour,

Il existe des modèle qui ne font pas appel à une émission depuis l'intérieur du trou noir.

Comme des effets radiatifs de la matière en chute vers le TN. C'est en particulier le cas pour les jets des galaxies actives.

Un peu comme le modèle du rayonnement de Hawking qui semble venir de l'intérieur du TN, mais en fait est lié à la recombinaison de particules à la frontière.

[spark]

denis : 

 

il y a 10 minutes, Denis Udrea a dit :

Il existe des modèle qui ne font pas appel à une émission depuis l'intérieur du trou noir.

Comme des effets radiatifs de la matière en chute vers le TN. C'est en particulier le cas pour les jets des galaxies actives.

 

Hum, la matière en chute vers le TN a etait stipulé comme cause des rayons x extrêmement fort au centre des galaxies, 

Si c'est de cela dont tu parle, il n'y a pas besoin de cela pour expliquer le fort gisement de rayons x, 

Un champ electro-magnetique  est suffisant comme le montre l'imagerie medicale (scanner, radio)

 

Mais tout cela et en contradiction avec ce que serait un 'trou noir' qui aspire tout, comment des jets exterieur ou des bulles peuvent se former, puisque "tout est aspirer autour d'un trou noir" ?

 

[Daniel Rosier]

Il y a 3 heures, spark a dit :

Mais tout cela et en contradiction avec ce que serait un 'trou noir' qui aspire tout, comment des jets exterieur ou des bulles peuvent se former, puisque "tout est aspirer autour d'un trou noir" ?

 

Il existe des modèles qui tentent d'expliquer les jets sans qu'il y aient des contradictions. Par exemple le processus de Penrose, qui fait intervenir l'ergosphère du trou noir en rotation.

Là on est face aux limites de nos connaissances et observations.

 

https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Processus_de_Penrose

[Denis Udrea]

Il y a 21 heures, spark a dit :

Mais tout cela et en contradiction avec ce que serait un 'trou noir' qui aspire tout, comment des jets exterieur ou des bulles peuvent se former, puisque "tout est aspirer autour d'un trou noir" ?

Bonjour Spark,

Un trou noir n'est pas un aspirateur universel.  Il faut se sortir de l'esprit ce modèle erroné.issus des blockbusters de cinéma.

Ce n'est pas parce que rien ne peut sortir d'un TN qu'il aspire obligatoirement tout ce qui tourne autour : les trous noirs centraux des galaxies, y compris la notre,  autour des quels les étoiles orbitent, sont là pour le mettre en évidence.

 

Modifié 22 avril 2020 par Denis Udrea
Courtoisie (Bonjour)

[spark]

Bonjour Daniel et Denis :

 

Il y a 19 heures, Daniel Rosier a dit :

Là on est face aux limites de nos connaissances et observations.

je pense que ta bien resumé tout ca 

 

 

Denis :

S'il n'aspire pas tout, alors peut-être qu'il faut renommer ce phenomene,

Car apparemment finalement il arrive pas a aspirer grand chose, ni des jets exterieur qui continue a se former tranquillement dans les galaxie active, ni des bulles, ni des filaments radio (autre phenomene inexpliqué) ni les amas globulaire très proche du centre galactique qui n'eprouve aucuns problemes  a venir le cotoyer 

 

Modifié 22 avril 2020 par spark

[pm77g]

Il y a 2 heures, spark a dit :

Bonjour Daniel et Denis :

 

je pense que ta bien resumé tout ca 

 

 

Denis :

S'il n'aspire pas tout, alors peut-être qu'il faut renommer ce phenomene,

Car apparemment finalement il arrive pas a aspirer grand chose, ni des jets exterieur qui continue a se former tranquillement dans les galaxie active, ni des bulles, ni des filaments radio (autre phenomene inexpliqué) ni les amas globulaire très proche du centre galactique qui n'eprouve aucuns problemes  a venir le cotoyer 

 

Si tu remplaces le soleil par un trou noir de meme masse, les planètes continueront à tourner comme si de rien n'était.
Le terme a été inventé par Wheeler, élève de Einstein et prof de Thorne. Pour moi le terme est bien choisi. C'est un trou, pas un aspirateur. Si un trou devait tout aspirer, le golf n'existerait pas.

['Bruno]

Il y a 2 heures, spark a dit :

S'il n'aspire pas tout, alors peut-être qu'il faut renommer ce phenomene,

 

Pourquoi ? Tu trouves que « trou noir » évoque un truc qui aspire tout ?

 

Cet astre a la propriété que des choses peuvent rentrer, mais rien ne peut en sortir. D'où le terme « trou ». Rien, pas même la lumière. D'où l'adjectif « noir ».

[Daniel Rosier]

Il y a 5 heures, spark a dit :

Le 21/04/2020 à 14:56, Daniel Rosier a dit :

Là on est face aux limites de nos connaissances et observations.

je pense que ta bien resumé tout ca 

 

Je dit cela concernant l'origine et la formation des bulles et des jets.

 

Concernant les trous noirs, comme les autres l'ont dit, non ils n'aspirent pas tout sur leur passage. Si par contre un objet ou la lumière atteint l'horizon des événements d'un trou noir, dont le rayon (de Schwarzschild) dépend de la masse du trou noir, cet objet ou la lumière ne pourrait plus s'en échapper car la vitesse de libération au niveau de cet horizon est égale à la vitesse de la lumière.

 

Si l'on comprimait le soleil jusqu'à ce qu'il devienne une sphère de 3km de rayon, il deviendrait un trou noir. Mais le soleil ne commencerait pas à aspirer toutes les planètes du système solaire pour autant. Elles continueraient de graviter comme si de rien était car les forces gravitationnelles n'auraient pas changé.

 

Donc si la lumière passe près d'un trou noir mais sans en atteindre son horizon, elle sera fortement déviée mais pas absorbée.

 

Pour un trou noir de Kerr, c'est-à-dire un trou noir en rotation, c'est plus complexe. Il y aurait deux horizons des événements. De la lumière pénétrant dans l'horizon externe sans atteindre la frontière de l'horizon interne pourrait encore échapper au trou noir. Le trou noir en rotation entraînerait dans son mouvement une région de l'espace-temps appelée ergosphère, dans laquelle des particules qui s'y seraient introduites gagneraient de l'énergie cinétique au dépend du trou noir (processus Penrose) et s'en échapperaient.

Modifié 22 avril 2020 par Daniel Rosier

[spark]

Voici une autre image qui montre que beaucoup de chose s'echappe du centre galactique et de "l'horizon des événements d'un trou noir" avec certain filaments radio

 

Rectification : Cette image prise en ondes radio a révélé deux bulles de gaz et des filaments radio éjectées au centre de notre Galaxie.

 

 

Il y a 20 heures, Daniel Rosier a dit :

Pour un trou noir de Kerr, c'est-à-dire un trou noir en rotation, c'est plus complexe. Il y aurait deux horizons des événements. De la lumière pénétrant dans l'horizon externe sans atteindre la frontière de l'horizon interne pourrait encore échapper au trou noir. Le trou noir en rotation entraînerait dans son mouvement une région de l'espace-temps appelée ergosphère, dans laquelle des particules qui s'y seraient introduites gagneraient de l'énergie cinétique au dépend du trou noir (processus Penrose) et s'en échapperaient.

 

Le processus Penrose est une theorie parmis d'autre, qui n'explique pas (on est face aux limites de nos connaissances et observations). les double jets des galaxie actives a de tres longue distance, ni les evenements de la photo postée

 

 

Modifié 23 avril 2020 par spark

[Daniel Rosier]

il y a 46 minutes, spark a dit :

Le processus Penrose est une theorie parmis d'autre, qui n'explique pas (on est face aux limites de nos connaissances et observations). les double jets des galaxie actives a de tres longue distance, ni les evenements de la photo postée

 

Bien oui, c'est un modèle parmi d'autres et qui a ses limites... 

[pm77g]

Il y a 3 heures, spark a dit :

Voici une autre image qui montre que beaucoup de chose s'echappe du centre galactique et de "l'horizon des événements d'un trou noir" avec certain filaments radio

Non, attention à la lecture trop rapide.