Trou noir

[goose]

Bonjour à tous,

 

Voilà en fait j'ai une petite question au sujet des trous noirs.

 

Je vais essayer de la formuler le plus simplement possible...

 

Un trou noir est le reste d'une étoile massive qui a dépassé le stade d'étoile à neutrons en s'effondrant sur elle-même.

 

Mais voilà en suivant cette théorie, le trou noir devrait avoir la forme d'un astre ultra compact et attirer tout ce qu'il bouge autour de lui. Ce que je ne comprend pas, c'est pourquoi sur les illustrations du monstre, on le représente comme une entonnoir.

 

 

Pourquoi a-t-il cette forme alors qu'il devrait avoir un pouvoir attractif tout autour de lui comme un astre classique mais en beaucoup plus puissant.

 

Je ne sais pas si ma question est bien formulée, je l'espère en tout cas...

[bb98]

bonjour

c'est une tentative de représentation de la déformation engendrée par l'astre, de l'espace temps autour de lui

cette représentation "3D" est forcément très imparfaite et n'est qu'une image

JP Luminet dans son récent ouvrage "Le destin de l'univers : Trous noirs et énergie sombre" en donne de meilleures explcations scientifiques

 

cieux clairs

[goose]

Oui mais alors pourquoi la matière attirée par le trou noir gravite sur une orbite bien plane

[Snark]

C'est une représentation 3D faite en 2D, cet entonnoir montre la déformation de ces 2D.

Les flèches rouges représentent le rayonnement de Hawking.

[bb98]

de plus les géodésiques déssinées ne sont que celles qui sont radiales;

il peut y avaoir des trajectoires passant plus ou moins loin du trou

il y a des figures bien mieux décrites et plus précises dans le livre de Luminet

 

bonnes lectures

[BERNARD BRUNET]

Bonjour , en ce qui me concerne et en fonction de ce que j ai lu et compris , un trou noir n'a pas de surface , ce n 'est plus un astre c est une deformation de l 'espace temps , ce n 'est plus un corps materiel... c'est ça ?

MERCI de me confirmer et de ne pas me laisser dans l'erreur

[Poussin38]

Bonjour Bernard

 

ça dépend de ce que tu nommes trou noir : il y a la singularité, "infini" des équations et il y a l'horizon du trou noir, frontière d'où la lumière ne peut repartir.

 

Si la singularité "nue" correspond grosso modo à ta description, l'horizon a un ordre de grandeur de dimension significative : le rayon de schwarzschild = 2GM/c² provenant d'une simplification des équations d'einstein en champ gravitationnel faible, vide statique et isotrope (le cas pas courant en bref ).

 

http://www.cieletespaceradio.fr/index.php/2008/01/28/316-voyage-au-cur-des-trous-noirs-1-3

 

est ce que ça répond à ta question ?

 

Pour Goose : la contraction de l'astre lors de la formation du trou noir conserve le moment cinétique, d'où l'aplatissement du corps (cf la formation du système solaire ou la belle patineuse)

[bb98]

Bonjour

http://fr.wikipedia.org/wiki/Trou_noir

donne quelques éléments.

En ce qui concerne la "singularité" elle même, nous manquons de physique pour la décrire.

Les mathématiques manipulent sans grandes difficultés "les" infinis; la physique pour la quelle tout se ramène à des mesures, rechigne à traiter de l'infini : pour moi, iln'y a pas d'infini en physique réelle

[BERNARD BRUNET]

oui donc au delà du rayon la matière disparait dans une singularité ...? donc plus de matière? plus de forme?

[Jean-ClaudeP]

Je réponds à Goose pour la représentation traditionnelle du trou noir:

Considérez la double figure suivante:

Dans la figure du haut on a représenté la chute, pas très directe, d'un corps vers une planète, représentée par une sphère. On suppose que cette chute se fait dans le plan xy. Comme cette chute n'est pas instantanée on peut la réprésenter dans un repère à 3 dimensions: les deux dimensions d'espace xy auxquelles on ajoute une troisième dimension, abstraite, le temps t. Ainsi la trajectoire en rouge semble se développer à l'intérieur d'un entonnoir dont la hauteur correspond au temps de parcourt

Cette représentation est bien réelle et logique au sens mathématique mais n'a pas de sens physique sensible dans la mesure où on ne peut "voir" un intervalle de temps comme un intervalle de distance, ce qu'on apperçoit dans cette réprésentation.

J'espère avoir été clair.

[ChiCyg]

Il me semble qu'on confond toujours la représentation des trajectoires et celle de la dilatation de l'espace par une masse.

 

Une masse dilate l'espace dans sa direction (radiale). C'est à dire qu'un cercle tracé autour de cette masse a une circonférence plus petite que deux pi fois sa distance à la masse. Difficile à représenter dans notre espace !

 

En revanche, en deux dimensions, on arrive à la représentation de l'entonnoir. Une toile d'araignée dont on dilaterait les rayons donnerait la même forme.

 

Les trajectoires n'ont rien à voir, elles dépendent de la vitesse initiale (direction et intensité) du corps qui passe à proximité du trou noir comme autour de n'importe quelle masse.

[ArthurDent]

Les trajectoires n'ont rien à voir, elles dépendent de la vitesse initiale (direction et intensité) du corps qui passe à proximité du trou noir comme autour de n'importe quelle masse.

 

M' enfin Chicyg ?

 

Les trajectoires dépendent aussi de la masse (du trou noir ici).

 

La "dilatation (déformation plutôt, parce que dans le cas d' un trou noir en rotation, cas qui est probablement le plus physiquement réaliste, ce n' est pas une simple dilatation) de l' espace(-temps)", c' est juste un intermédiaire de calcul qui permet de caractériser les trajectoires, non ?

 

Du coup , écrire que "les trajectoires n' ont rien à voir [avec la géométrie locale de l' espace-temps]" c' est un peu rapide, tu ne trouves pas ?

[Fitz]

En effet un trou noir est un astre tellement dense, que sa densité est infinie. Étant donné que sa masse elle est bien finie, sa taille est nulle. Le trou noir en lui même est donc un point de l'espace. Néanmoins, il y a une limite autour du trou noir, appelée horizon qui représente la distance au trou noir en deçà de laquelle la vitesse de libération d'un objet (c'est à dire la vitesse qu'un objet doit atteindre pour échapper au trou noir) dépasse la vitesse de la lumière. Cela veut dire que, bien que le trou noir lui même ne soit qu'un point, on peut visualiser autour de lui une sphère sombre qui correspond à la zone de non retour. Rien ne peut s'en échapper, même pas la lumière.

 

Ca c'était pour ce que l'on voit du trou noir de l'extérieur.

 

Pour ce qui est de la représentation classique du trou noir en forme d'entonnoir, c'est la représentation du tissu de l'espace temps autour du trou noir. Je m'explique.

 

D'après Einstein on peut comparer l'espace temps à un un drap élastique et les différents astres par des sphères de masses et de tailles différentes. Chaque corps crée un creux autour de lui dans lequel les autres objets passant trop près sont entrainés. ce creux est d'autant plus étendu que l'objet est massif, et il est d'autant plus profond que l'objet est dense. Puisque le trou noir possède une densité infinie, son creux est infiniment profond, comme si le drap élastique était étiré à l'infini, et en quelque sorte percé.

 

Cette représentation de l'espace temps comme un drap élastique est une projection en 3D d'un tissu qui est en réalité quadridimentionnel. Chaque plan de l'espace peut être représenté par un tel drap, et tous les "creux" s'annulent tandis que leurs effets sont conservés. Ainsi un objet chutant dans le trou noir se déplacera sur un disque et non dans un entonnoir.

[Jean-ClaudeP]

Il me semble qu'on confond toujours la représentation des trajectoires et celle de la dilatation de l'espace par une masse.

Dans ma réprésentation les méridiennes de l'entonnoir - les courbes qui descendent directement au fond - seraient donc les géodésiques de l'espace-temps soumis à l'attraction d'une masse et le fait qu'elles soient courbées indiquent la déformation de l'espace-temps. est-cela ?

[Fitz]

Il me semble qu'on confond toujours la représentation des trajectoires et celle de la dilatation de l'espace par une masse.

 

Dans la relativité d'Einstein les deux sont confondus, puisque le temps est considéré comme une dimension de l'espace, mais sans direction (pour ça que les "creux" disparaissent en 3D) Une masse important dilate également le temps autour d'elle, plus on s'approche d'un corps massif plus le temps passe plus lentement pour nous.

 

On peut aussi rajouter que passé l'horizon, cette dilatation du temps tend petit à petit vers l'infini, ce qui fait que l'objet en question ne tombera jamais complètement dans la singularité...

[BERNARD BRUNET]

Bonjour , ce qui voudrait dire que entre la frontière de l 'horizon d'ou rien ne 'échappe et le point final du trou noir , la matière s'éttire à l infini ? le temps s' arrete et reste figé ? Donc le trou noir apparait comme une sphère à l 'intérieur de laquelle la matière ne disparait pas ?

[ChiCyg]

Les trajectoires dépendent aussi de la masse (du trou noir ici)

Bien sûr, je n'ai pas dit le contraire: "comme autour de n'importe quelle masse".

La "dilatation (déformation plutôt, parce que dans le cas d' un trou noir en rotation, cas qui est probablement le plus physiquement réaliste, ce n' est pas une simple dilatation) de l' espace(-temps)", c' est juste un intermédiaire de calcul qui permet de caractériser les trajectoires, non ?

Ben non, si tu mesures les distances avec un double décimètre, un laser, un radar, ou ce que tu veux, tu pourras constater qu'un cercle autour du trou noir a une circonférence plus petite que 2 pi son rayon.

 

Conseil : pour t'éviter de tomber dans le trou, ce qui nous priverait de ton résultat , tu peux mesurer la différence des circonférences de deux cercles et la différence de leurs rayons.

Du coup , écrire que "les trajectoires n' ont rien à voir [avec la géométrie locale de l' espace-temps]" c' est un peu rapide, tu ne trouves pas ?

L'entonnoir ne représente "que" la déformation de l'espace en deux dimensions autour d'une masse. Le temps n'est pas représenté.

 

La "trajectoire" d'un photon suit la distance la plus courte entre deux points donnés dans cette géométrie (géodésique), ce qui donne une espèce d'hyperbole. On peut l'obtenir en tirant un fil sur la face inférieure de l'entonnoir. S'il glisse bien, ce fil "trouvera" la distance la plus courte. On voit bien alors que sa direction initiale diffère de sa direction finale, que la lumière est déviée.

[Estonius]

En effet un trou noir est un astre tellement dense, que sa densité est infinie. Étant donné que sa masse elle est bien finie, sa taille est nulle. Le trou noir en lui même est donc un point de l'espace. .

 

Non, l'infinie est une commodité mathématique, mais n'est pas une réalité physique.

 

La densité du Trou noir n'est pas infinie, mais considérable, donc sa taille est non-nulle, et le trou noir n'est ni un trou ni un point.... à moins que quelque chose m'ait échappée

[Fitz]

Non, l'infinie est une commodité mathématique, mais n'est pas une réalité physique.

 

La densité du Trou noir n'est pas infinie, mais considérable, donc sa taille est non-nulle, et le trou noir n'est ni un trou ni un point.... à moins que quelque chose m'ait échappée

 

Parlons alors de limites^^, mais la limite de l'infini est infiniment proche de lui donc on tourne en rond...

 

Le trou noir en lui même est immatériel, c'est une singularité, un point de l'espace dont la courbure est infinie. Après si ça te fait marrer on peut aussi dire que la taille d'un trou noir ben c'est la longueur de Plank...

[Estonius]

Là où je m'interroge :

 

Le trou noir a-t-il besoin d'être réduit à l'état de point pour courber l'espace ?

 

Je n'ai pas cette certitude.

[Jeff Hawke]

Le trou noir a-t-il besoin d'être réduit à l'état de point pour courber l'espace ?

 

Non, pour courber l'espace il n'a pas besoin, mais je crois que le problème c'est que la description que donne le RG de son effondrement conduit à un point (une "singularité"), en tout cas à une taille dont la petitesse est au-delà de notre physique...

[Fitz]

Tout objet tend par sa masse à s'effondrer en un point, heureusement qu'il y a des forces qui repoussent les particules de matière les unes des autres.

 

Je vais pas détailler pour les objets normaux

Pour les naines blanches c'est la pression de dégénérescence des électrons qui maintient l'objet, la matière est faite d'atomes classiques mais serrés les uns aux autres.

Pour les étoiles à neutrons c'est la pression de dégénérescence des neutrons qui joue le même rôle et la matière est faite de neutrons.

Pour les hypothétiques étoiles à quarks c'est la pression de dégénérescence des quarks qui fait et la matière est fite de quarks.

Pour les trous noirs, la gravité est telle qu'elle casse les quarks. Or les quarks sont des particules élémentaires. Quand tu casse une coquille vide qui n'est faite de rien ben... t'as rien au bout.

 

C'est bien l'un des problèmes de la théorie du trou noir, une singularité infiniment minuscule faite de rien et pourtant très massive ça pose des problèmes de logique. Einstein lui même ne croyait pas aux trous noirs, pourtant prédis par sa théorie de la relativité et les considéraient comme l'une des imperfections de ladite théorie.

 

En passant il y a plein de théories alternatives à celles du trou noir: gravastar, étoile à cordes... certaines d'entre elles sont très sérieuses.

 

Il fut bien comprendre qu'il n'y a pour l'instant aucune observation concluant qu'il y a un trou noir quelque part. on sait juste qu'il y a des objets très massifs, petits et assez sombres pour être invisibles aux yeux de nos télescopes. Le trou noir est juste la théorie la plus développée et la plus simple qui existe pour décrire ces objets fantômes.

[Jeff Hawke]

Einstein lui même ne croyait pas aux trous noirs, pourtant prédis par sa théorie de la relativité et les considéraient comme l'une des imperfections de ladite théorie.

 

Ca, c'est plutôt une indication forte en faveur de leur existence. Einstein s'est régulièrement trompé dans ses "croyances" en physique et en cosmologie.

[Fitz]

pas faux

[ArthurDent]

C'est bien l'un des problèmes de la théorie du trou noir, une singularité infiniment minuscule faite de rien et pourtant très massive ça pose des problèmes de logique

 

ça ne pose pas que des problèmes de logique, ça pose un problème théorique : Au bout d' un moment la densité d' énergie est telle qu'il est difficilement envisageable de négliger ni les effets quantiques, ni les effets gravitationnels.

Et là , aucune théorie n' est disponible pour prédire ce qui devrait se passer.

 

Autant en bricolant un peu (supposition que le principe de causalité est respecté quelque soit la théorie qui décrit l' étoile en effondrement) on arrive à démontrer qu' un horizon se forme (cf theorème d' hawking) , autant rien ne permet de prédire quel est l' état "final" de l' étoile après effondrement. Coup de bol, vu de l' extérieur ça n' a aucune importance.