résumé de l'article : Pour la Science prix Nobel de Physique 2020 (5 pages)
avec explication des termes scientifiques
article_prix_Nobel_texte.html (avec des explications)
On peut suivre le plan de l'article :
1) introduction : Le prix Nobel de physique 2020
2) historique : 2.1) gravitation de Newton,
Étoiles noires de John Michell et Pierre-Simon Laplace
2.2) gravitation d'Einstein
Rayon de Schwarzschild : horizon des évènements
3) Les trous noirs : disque d'accrétion, jets
D'où vient l'énergie d'un quasar situé à 2,4 milliards d’années-lumière ? Quasar
4) Saggitarius A* : Le trou noir de notre galaxie.
5) conclusion : l'étude des trous noirs nous permettra peut-être de réconcilier la mécanique quantique et la relativité générale.
Prix Nobel de physique : trois spécialistes des trous noirs récompensés
Le Britannique Roger Penrose, l’Allemand Reinhard Genzel et l’Américaine Andrea Ghez
sont distingués pour leurs travaux sur l’univers.
Penrose est un théoricien de la physique.
Genzel et Ghez ont été récompensés pour « la découverte d'un objet compact supermassif dans le centre de notre galaxie »,
des millions de fois plus gros que le Soleil
article de Pour la Science
→ Vous pourriez résumer cet article qui parle de tout.
En 1783 : John Michell, géologue et astronome amateur anglais,
expose dans un article envoyé à la Royal Society le concept d'un corps si massif que même la lumière ne pourrait s'en échapper.
En 1796 : Pierre-Simon de Laplace, mathématicien, philosophe et astronome passionné par la mécanique céleste et la gravitation redécouvre cette idée.
Étoile sombre quand vl = c la lumière ne peut plus quitter l'étoile.
Mais ils pensaient qu'un objet allant plus vite que la lumière pourrait en sortir.
Fin 1915 : l'astronome allemand Karl Schwarzschild a mis en évidence, "le rayon de Schwarzschild" :
limite de notre Univers (horizon des évènements)
Rayon de Schwarzschild : Rs = 2 G M / c2
https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_universelle_de_la_gravitation
F = G M m / d2
trajectoire des comètes : ellipse (E<0), parabole(E=0), hyperbole(E>0)
https://fr.wikipedia.org/wiki/Trajectoire_d%27une_com%C3%A8te
Vitesse de libération : sur une planète de masse M
https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitesse_de_lib%C3%A9ration
pour échapper à l'orbite elliptique.
vl = √2GM/r
énergie d'un objet de masse m : 1/2 m v2 − G M m / r = Em
Em = 0 : v = vl
REMARQUE : en remplaçant vl par c, on obtient le rayon de Schwarzschild
ce résultat est exact bien que obtenu par chance
car la mécanique de Newton n'est pas valable près d'un trou noir.
Soit une étoile qui aurait la même densité que le soleil mais beaucoup plus grosse : M = ρ (4/3) π R3
R = Rs = 2 G M / c2 = 2 G ρ (4/3) π R3 / c2
d'où : R2 = (3/4) c2 / (2 G ρ) l'étoile de densité ρ et de rayon ≥ R est alors un trou noir.
F = m a (où m = masse d'inertie)
F = G M m / r2 (où m = masse de gravitation)
l'égalité entre masse d'inertie et masse de gravitation fait que le mouvement ne dépend pas de la masse m.
C'est la déformation de l'espace-temps qui produit le mouvement.
un objet suit la ligne la plus longue, la longueur est mesurée par le temps propre de l'objet,
soit le vieillissement d'une horloge attachée à l'objet.
Aucun objet ne peut aller plus vite que la lumière
⇒ Rien ne peut sortir du Rayon de Schwarschild
trous_noirs_cosmos.pdf pages d'un livre sur les trous noirs.
Pour un observateur éloigné du trou noir,
Il voit une fusée tomber dans le trou noir se contracter dans le sens du rayon et son temps ralentir indéfiniment.
Pour lui, elle n'atteindra donc jamais l'horizon des évènement.
Par contre, pour un observateur à l'intérieur de la fusée,
les astronautes dans la fusée ne ressentent pas le ralentissement du temps et ils pénètreront dans le trou noir après un temps fini.
Et ils ne pourront plus revenir dans notre Univers.
Quasars :
D'où vient l'énergie d'un quasar situé à 2,4 milliards d’années-lumière ? Quasar
C'est le disque d'accrétion d'un trou noir qui peut dégager autant d'énergie.
image : https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/Gb1508_illustration.jpg
Émissions de Sagittarius A* aux longueurs d’ondes millimétriques : variations sur quelques dizaines de minutes.
Observation dans les longueurs d'onde des rayons X.
1) Sagittarius_A*
2) Quand Sagittarius absorbe une grosse comète, il brille plus que d'habitude.
3) orbites des étoiles proches de SgrA*
permettant de calculer la masse de Sagittarius A* en appliquant la troisème loi de Kepler.
Sagittarius A* est une source intense d'ondes radio (son disque d'accrétion)
trou noir supermassif d'environ 4 millions de masses solaires au centre de notre galaxie.
à une distance de 8 178 parsecs du Système solaire (soit environ 26 000 années-lumière)
parsec = 3,26 années-lumière.
unité astronomique ≈ la distance entre la Terre et le Soleil soit environ 150 millions de kilomètres.
( Disque d'accrétion autour du trou noir. )
Ces étoiles sont tellement proches du trou noir central qu'elles orbitent autour de lui en quelques décennies,
la plus rapide, dénommée S62, effectuant un tour complet autour du trou noir en environ 9,9 ans.
Ainsi, il est possible en quelques années d'observation de mettre en évidence la portion d'orbite parcourue pendant cet intervalle de temps et d'en déduire la masse de l'objet central via la troisième loi de Kepler.
Troisième loi – Loi des périodes : a3 / T2 = G (M + m) / (4 π2) ≈ G M / (4 π2)
T2 / a3 = 4 π2 / [ G (M + m) ] ≈ 4 π2 / ( G M )
a = demi grand axe de l'ellipse ; T = période = temps pour faire une révolution ; G = constante de gravitation.
C’est aussi cette vitesse (dite « de libération ») que doivent atteindre les fusées pour échapper à l’attraction terrestre et ainsi aller dans l’espace.
Quand V libération = c : plus rien ne peut en sortir.
L'horizon des évènements
Le premier trou noir fut détecté en 1971 dans la constellation du Cygne.
Rayons X émis par le disque d'accrétion
C'est le phénomène de lentille gravitationnelle.
ET SI VOUS ÉTIEZ ASPIRÉ PAR UN TROU NOIR ? 🚀🌌
Relativité générale et espace courbe
Les troublantes ténèbres des trous noirs (1/2)
Les troublants trous noirs (2/2)