Une planète géante avalée en direct par un trou noir ?

On lit dans l’article en lien que des astronomes ont auraient observé un trou noir qui avale une planète géante.

L’examen de la vidéo montre que c’est une simulation, c’est-à-dire une sorte de dessin animé ou une «vue d’artiste» comme on en voit habituellement dans la presse de vulgarisation scientifique. Je trouve que les vues d’artiste sont des représentations vulgaires et biaisées de la réalité ; je préfère de loin les photographies ou les images du spectre infrarouge qui sont fidèles à la réalité (surtout quand il s’agit des images prises par le télescope spatial Hubble).

Le premier paragraphe de Maxisciences décrit le trou noir comme si c’était un volcan en réveil, c’est ce que cela suggère implicitement. La description ne correspond donc pas à l’astrophysique des trous noirs telle qu’on la connaît dans le cadre de la relativité générale. Un trou noir absorbe la matière à sa portée dès que ce trou noir s’est formé par effondrement gravitationnel sur lui-même, l’assimilation de matière par un trou noir est continuelle, elle n’a aucun phase de repos ni de réveil…

Dans le deuxième paragraphe, cela parle du satellite INTEGRAL. Celui-ci existe bien : c’est le «International Gamma Rays Astrophysics Laboratory», un satellite de 3 tonnes et demie. (http://fr.wikipedia.org/wiki/International_Gamma-Ray_Astrophysics_Laboratory). Il faut préciser que ce satellite ne permet pas des observations dans le spectre visible, il est un détecteur de rayons gamma et X.

Détection de planète avalée par un trou noir, ou alors il s’agit d’un autre événement ?

La chronique récente de l’astrophysique a évoqué l’hypothétique découverte de la matière noire sur la base de détection de positrons (anti-électrons = antimatière). Mais pas de planète géante a priori. L’instrument SPI du satellite  INTEGRAL a permis de réaliser une carte de la distribution des émissions de rayons gamma à 511 keV (kilo-électronvolts) qui sont produits lors de l’annihilation positron/électron. Les scientifiques ont ainsi pu déterminer qu’environ la moitié de l’antimatière produite dans la galaxie l’était par des trous noirs ou étoiles à neutrons arrachant de la matière à un compagnon de masse inférieure ou égale à celle du Soleil. Concernant la matière noire, toujours hypothétique, il faudra des preuves convaincantes. INTEGRAL, à ma connaissance, n’a pas détecté de planète géante. Et j’apprends aussi que la détection récente des positrons concerne le centre de notre propre Galaxie, donc pas NGC 4845. (http://smsc.cnes.fr/INTEGRAL/Fr/lien3_res.htm)

Marek Nikolajuk est authentiquement un physicien polonais. Via le site internet de l’ESA, j’en apprends davantage : la galaxie NGC 4845 (à 47 millions d’années-lumière de nous) a émis des rayonnements à haute énergie. C’est cet événement inhabituel qui suggère l’idée inadaptée d’un «réveil». Les astronomes affectés à l’étude ont conclu à un objet substellaire comme cause du rayonnement, un objet ayant 14 à 30 fois la masse de la planète Jupiter. Ils n’évoquent pas une planète géante, ils décrivent l’objet comme étant plutôt une naine brune (une étoile avortée car peu suffisamment massive). (http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Black_hole_wakes_up_and_has_a_light_snack?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+google%2FqkAO+%28Science%29) Mais l’hypothèse d’une super-Jupiter n’est pas écartée.
Il est question ici d’un trou noir galactique de 300 000 masses solaires. Le retard de 2 ou 3 mois entre la brillance et l’atténuation des rayons gamma, selon moi cela pourrait peut-être dû à l’objet orbital qui perd peu à peu sa grosse atmosphère dans le trou noir, ce dernier subirait alors une augmentation de son moment cinétique, et dont la conséquence est un éloignement progressif de l’objet en orbite, augmentant du coup peu à peu sa période orbitale.
En savoir plus avec le spectre visible ? Très peu envisageable, étant donné la distance (47 millions d’années-lumière). On sait que le télescope spatial Hubble a une résolution d’image de 0,1 seconde d’arc. Si Hubble observait la galaxie NGC 4845, un zoom sur une distance de 47 millions d’années-lumière permettrait de pouvoir pixeliser des objets dont l’envergure est supérieure ou égale à 22,8 années-lumière. Une naine brune a un diamètre de plusieurs milliers de km, c’est ponctuel par rapport au pixel critique de 22,8 années-lumière. Il est donc impossible d’observer directement (dans le spectre visible) l’image de l’objet substellaire qui orbiterait autour du trou noir.
Le rayon de Schwarzschild du trou noir de NGC 4845 est d’environ 890 000 km, très inférieur aux 22,8 années-lumière qui forment le côté d’un pixel d’une image que pourrait faire le télescope spatial Hubble.
En revanche, on peut mesurer les rayons gamma. L’énergie d’un seul rayon gamma ou X suffit, à elle seule, d’avoir une information sur un événement en astrophysique qui soit capable d’initier une énergie élevée. Les rayons gamma ne sont pas là pour structurer une image comme une photo d’un objet lointain. L’info essentielle ici c’est l’énergie du rayonnement électromagnétique et celle des positrons mesurés.
Remarque : l’ESA indique que le trou noir aurait une masse de 300 000 masses solaires, tandis que Maxisciences rapporte qu’il serait de 100 000 masses solaires. Il y a une erreur. Pourquoi les rédacteurs ne se relisent-ils pas ? Bon allez, je l’avoue : j’aurais adoré être journaliste scientifique, l’astronomie est un sujet que je connais par cœur depuis 1985, je maîtrise l’astronomie même mieux que mon métier de formation (la chimie). J’estime que la rigueur, la passion des sciences et le sens critique font partie du métier de journaliste scientifique, c’est indispensable. Le mieux serait que les scientifiques eux-mêmes communiquent sur leurs propres découvertes, sans faire relayer les informations par des intermédiaires… Mais les scientifiques sont déjà très occupés.
Tout cela me fait penser à un jeu amusant : le téléphone arabe. (http://fr.wikipedia.org/wiki/T%C3%A9l%C3%A9phone_arabe) Le jeu du téléphone arabe consiste à faire circuler rapidement de bouche à oreille à travers une file de joueurs, une phrase inventée par le premier d’entre eux puis récitée à voix haute par le dernier. L’intérêt du jeu est de comparer la version finale de la phrase à sa version initiale. En effet, avec les éventuelles erreurs d’articulation, de prononciation, les confusions entre des mots et des sons, la phrase finale peut être tout à fait différente de la phrase initiale. (« Nous sommes l’élite de la nation » pouvant devenir « Nous sommes l’hélice de la passion »). L’intérêt du jeu croît avec le nombre de joueurs et la complexité du message à échanger.
J’imagine une variante du téléphone arabe : le téléphone scientifique. Les règles sont les mêmes : on transmet la parole de bouche à oreille, mais en racontant à son voisin un résumé d’article scientifique, en prenant une source officielle (par exemple, l’ESA) comme texte d’origine. L’évolution de l’info retransmise d’une personne à l’autre est peu à peu dénaturée, le sens général du texte scientifique devient confus, évasif, abscons, simpliste, réducteur. Au pire, il devient bourré d’erreurs scientifiques. La perte de qualité de l’info dans le jeu du téléphone scientifique est proportionnelle à la complexité de la source d’origine et inversement proportionnelle au degré de connaissances scientifiques des participants du jeu.  Avec les médias modernes (notamment sur le web) qui s’improvisent dans le journalisme scientifique, la variante scientifique du téléphone arabe c’est ce qui se passe tous les jours. Sans recul critique, les lecteurs (et les rédacteurs aussi) peuvent ne pas déceler des erreurs, et considérer celles-ci comme étant des infos fiables… Pourtant, et j’ai des preuves dans mon blog, l’information est faillible : lire ceci https://jpcmanson.wordpress.com/2012/12/28/une-erreur-dans-un-livre-de-thermodynamique-pour-ingenieurs/ et cela https://jpcmanson.wordpress.com/2011/12/03/les-encyclopedies-sont-elles-sans-erreurs-et-infaillibles/ L’erreur est humaine, persévérer est diabolique.  🙂
L’information scientifique c’est faillible, c’est comme la viande de cheval dans les lasagnes de bœuf. C’est pour cela qu’il faut toujours faire des analyses.
cheval
© 2013 John Philip C. Manson
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La vitesse de rotation d’un trou noir s’approche de celle de la lumière ?

Un trou noir a une vitesse de rotation qui s’approche de la célérité de la lumière dans le vide, oui, mais pas trop.

Pas trop ? Pourquoi ? Il y a en effet un détail à évoquer.

La vitesse de Kepler est la vitesse à laquelle la force centrifuge du corps en rotation devient plus grande que l’attraction gravitationnelle : lorsque la vitesse de Kepler est dépassée, l’astre en rotation explose. Je conjecture personnellement qu’un trou noir dont la vitesse de rotation est légèrement inférieure à la vitesse de Kepler a la forme d’un disque ou d’un anneau, et qui émet de la lumière au niveau de son équateur si la périphérie du disque ou de l’anneau est plus éloignée du centre du trou noir que le rayon de Schwarzschild, tandis que les pôles reste en-deçà du rayon de Schwarzschild. Je conjecture aussi des tourbillons (à l’image d’un pulsar) aux alentours des pôles ou les latitudes moyennes (accrétion de matière qui tombe dans le trou noir, tandis que la zone équatoriale répand de la matière dans l’espace).

Pour résumer, d’après mon calcul, la vitesse limite de Kepler est proportionnelle (et toujours inférieure) à la vitesse de libération de n’importe quel astre.

VKepler = Vlib / √2

Ainsi, pour un trou noir dont le rayon R est le rayon de Schwarzschild, sa vitesse de libération au niveau de celui-ci est égale à la célérité de la lumière dans le vide. Et ainsi, la vitesse de Kepler vaut 70,71% de celle de la lumière, soit 211 985 280 m/s. Donc au-dessus de cette vitesse de Kepler pour la vitesse de rotation, le trou noir exploserait. Or justement, des vitesses comprises entre 70,71% et ~100% de la vitesse de la lumière, c’est possible en physique : a priori, un trou noir en rotation extrême pourrait subir une explosion centrifuge. Ce genre de phénomène théorique pourrait être observable et mesurable, et ce serait vraiment très intéressant.

Autres références sur le trou noir :

http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/y-a-t-il-un-trou-noir-supermassif-de-kerr-extreme-dans-ngc-1365_44933/#xtor=EPR-17-[QUOTIDIENNE]-20130305-[ACTU-y_a-t-il_un_trou_noir_supermassif_de_kerr_extreme_dans_ngc_1365__]

http://www.gizmodo.fr/2013/02/28/trou-noir-vitesse-lumiere.html

Hélas je n’en sais toujours pas plus à propos de la vitesse de rotation du trou noir. Ce que je sais, c’est que cette vitesse de rotation a une limite qui est celle de l’explosion centrifuge. Pour un trou noir stable, cette vitesse de rotation ne peut pas excéder 70,71% de la vitesse de la lumière. Au-delà c’est l’explosion !

Rectification :

  • Mon hypothèse sur la vitesse de Kepler ne s’applique qu’à un trou noir dont la masse s’étend jusqu’au rayon de Schwarzschild, mais pas à un trou noir dont la masse est concentrée en un point ; l’horizon des événements est une frontière immatérielle qui se distingue de la masse du trou noir.
  • Mon argumentaire s’est basé sur l’équation de Schwarzschild, mais dans un cadre simplifié, à la limite de la physique classique. La théorie de la relativité est incontournable en astrophysique en ce qui concerne les trous noirs. Avec la relativité, les calculs sont plus compliqués, à travers la distorsion de l’espace-temps.
  • Les trous noirs marquent les limites de la physique. À l’intérieur de l’horizon d’un trou noir, tout devient inconnaissable et épistémologiquement irréfutable. Puis à l’instar d’un horizon immatériel, une ombre elle aussi est immatérielle et peut même dépasser la vitesse de la lumière, mais une ombre ne transmet pas d’information. Mon hypothèse de la vitesse de Kepler s’applique en effet à un trou noir selon lequel la matière très dense du trou noir se confond elle-même avec l’horizon des événements. Mais il semble que si l’on concentre ponctuellement la masse au centre (sans variation de masse), la vitesse de libération sur l’horizon reste la même, tandis que la vitesse de Kepler ne s’applique que pour la matière étendue jusqu’à un certain rayon qui peut être très en-deçà de l’horizon. Ainsi, plus la masse occupe un volume le plus petit possible, plus la vitesse de Kepler pour cette masse devient élevée, l’effondrement gravitationnel l’emporte sur l’explosion centrifuge qui, elle, devient a priori impossible pour une masse ponctuelle. Mais cela, comme la singularité des trous noirs, en physique, hélas, c’est invérifiable…
  • Il semble y avoir un paradoxe : j’admets que l’horizon des événements d’un trou noir est une frontière immatérielle qui ne coïncide pas avec le rayon matériel du trou noir, mais je me demande comment détermine t-on le moment d’inertie et le moment cinétique d’un trou noir si son rayon physique est indéterminé. Cela ne semble pas calculable, que l’on utilise correctement la théorie de la relativité ou que l’on utilise de la physique plus classique de façon simpliste. Que peuvent valoir scientifiquement des calculs quelconques si l’hypothèse de la singularité des trous noirs n’est pas empiriquement vérifiable ?

© 2013 John Philip C. Manson

Thermodynamique du trou noir

 

Je cite un passage de l’article :

 

Le rayon et la masse du trou noir sont reliés entre eux par l’équation suivante :       R×c² = 2 G×m   où la vitesse de libération est égale à la célérité de la lumière dans le vide, le rayon R étant le rayon de Schwarzschild.

Ensuite, on applique la loi de Stefan-Boltzmann qui sert effectivement à l’étude du corps noir :      P = S×s×T⁴   avec P la puissance émise par tout le trou noir (en watts), S = surface du trou noir, égale à 4×pi×R², T = température absolue, s = constante de Stefan-Boltzmann.

Et la température d’un trou noir s’exprime comme étant  T = h×c³ / (8 pi×k×G×m)

Je précise avoir vérifié deux fois le calcul, je trouve T = 0,1285 K et non pas 0,02 K comme le dit Futura-Sciences. Néanmoins, 0,13 K (soit -273,02°C) c’est une température qui reste inférieure à celle du rayonnement fossile (qui est de 2,7 K environ).

Je peux donner d’autres indications théoriques : un trou noir ayant la masse de la Terre aurait un rayon de 9 mm, et ce trou noir émettrait un rayonnement de corps noir très faible, d’environ 1,54×10⁻¹⁴ W.

Je doute de l’existence des mini-trous noirs les plus légers, car plus la masse est faible, plus ces mini-trous noirs se désintègrent rapidement. Je pense que si les mini-trous noirs existaient encore à notre époque, leur masse serait supérieure ou égale à 4,79×10¹¹ kg, soit environ 479 millions de tonnes (impliquant alors une température de l’ordre de 1,6 milliards de kelvins, pour un rayon de la taille d’un noyau atomique léger, et une puissance de rayonnement d’environ 2,4 GW). Mais dans les faits, les trous noirs ont au moins une masse de 3 masses solaires, limite à laquelle une étoile peut s’effondrer gravitationnellement sur elle-même. En-dessous de 3 masses solaires, l’effondrement gravitationnel n’est pas possible du fait d’une masse insuffisante.

 

 

© 2011 John Philip C. Manson