Gravitation et trous noirs
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Gravitation et Trous Noirs. Françoise Combes Observatoire de Paris. Gravitation. Un peu d'histoire… 1638- Galilée: tous les corps ont la même accélération (indép. de la masse, composition chimique, etc..), fait abstraction de la résistance de l'air.

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Gravitation et trous noirs l.jpg

Gravitation et Trous Noirs

Françoise Combes

Observatoire de Paris


Gravitation l.jpg
Gravitation

Un peu d'histoire…

1638- Galilée: tous les corps ont la

même accélération (indép. de la

masse, composition chimique, etc..),

fait abstraction de la résistance

de l'air

Képler: attraction émanant du soleil

(pas de lien avec la pesanteur

terrestre)

1666- Newton: loi d'attraction en 1/r2

(fait le lien ente la Lune et

la pomme). Action instantanée à distance


Histoire suite l.jpg
Histoire (suite)

1786- P-S de Laplace: pressent les trous noirs (théorie

corpusculaire de la lumière)

1865- Maxwell: théorie du champ électromagnétique

médiateur des charges. Si les charges sont en mouvement,

les ondes se déplacent à la vitesses finie c

1890- Michelson-Morley: vitesse

universelle de la lumière c

1905- Einstein: Relativité restreinte:

espace-temps

Durées et longueurs dépendent de la

vitesse de l'observateur

temps élastique


Slide4 l.jpg

1920- Eötvös vérifie le Principe d' Equivalence à 10-9 près

masse inerte = masse pesante

La gravité n'est pas une force comme les autres


Slide5 l.jpg

1915- Einstein: Relativité générale

L'espace-temps est courbe, toute masse déforme l'espace

environnant

Energie équivalente à la masse

E= mc2

Le tenseur impulsion-énergie définit

la géométrie de l'Univers

L'espace de la relativité restreinte, sans masses, est vide et plat

Dès qu'il y a de la matière (ou du rayonnement), l'espace se

courbe, et on définit une géométrie


Pr dictions et tests l.jpg
Prédictions et tests

Déviations des rayons lumineux par le Soleil

Avance du périhélie de Mercure

Elasticité du temps (horloges à 10-15)

Mirages gravitationnels


Effondrement des toiles l.jpg
Effondrement des étoiles

Formation de naines blanches (matière dégénérée d'électrons)

densité 1 tonne/cm3

Formation d'étoiles à neutrons (matière dégénérée de neutrons)

densité 1 milliard de tonnes/cm3

Au-delà d'une masse critique de 3Msol du cœur restant

==> Trou Noir

Rayon critique de Schwarzschild R = 2 G M/c2

(ou bien 1/2 v2 = GM/r et v=c) ou Horizon du trou noir


Indices de l existence des trous noirs l.jpg
Indices de l'existence des trous noirs

Trous noirs de masse stellaire

Etoiles binaires dont on peut déterminer la masse

Cygnus X1 (> 7Msol), LMC-X3 (> 3Mo), LMC-X1 (> 4Msol)

V-404 Cyg (> 8Msol), A 0620-00 (> 3Msol)

Trous noirs super-massifs, un par galaxie: 10 millions à 1

milliards de masses solaires => quasars

Trous noirs primordiaux? Ils s'évaporent

Les micros lentilles gravitationnelles n'en n'ont pas trouvé


Slide9 l.jpg

Un trou noir massif au centre de la Voie Lactée

Très peu d'activité (radio source Sgr A)

Détecté par la dispersion de vitesses des étoiles 1000km/s

Eckart & Genzel 97

Sans

Avec trou noir

M=2 millions de Msolaires

Mouvements propres

Images Infra-rouge



Animation du mouvement des toiles l.jpg
Animation du mouvement des étoiles

Max-Planck

Institut,

Allemagne


Slide13 l.jpg

Expériences de lentilles gravitationnelles

Evènement OGLE1

Fenêtre de Baade


Slide14 l.jpg

Naines blanches?

Les résultats des expériences MACHOS, EROS, OGLE, DUO

exitence d'objets de masse 0.5 Mo

Pourraient être de vieilles naines blanches? 3% de la masse noire

Mvts propres de naines blanches proches (Oppenheimer et al 01)

Etoiles du halo, ou du disque épais?



Illumination du trou noir l.jpg
Illumination du trou noir

La lumière contourne le trou noir

Parfaite réflexion-- trou noir


Slide17 l.jpg

Le trou noir est entouré

d'un disque brillant

On l'observe à 10°

Le disque est complètement déformé, par rapport à un astre

classique

On voit aussi le

dessous!


Mirages gravitationnels l.jpg
Mirages gravitationnels

Dans cette simulation,

la lentille, ponctuelle,

est représentée par l'étoile

blanche. La source est

une galaxie

PKS-1830

2 images+

anneau

En haut à gauche (a),la source est alignée avec la lentille :

la galaxie source est déformée en anneaux d'Einstein.

A mesure que la source s'éloigne de la

lentille, la galaxie source est moins déformée (b,c,d).


Cisaillement gravitationnel l.jpg
Cisaillement gravitationnel

Déformation des galaxies derrière un amas dense


Ondes gravitationelles l.jpg
Ondes gravitationelles

Lorsque le trou noir est

en rotation, il modifie

sans cesse la géométrie

autour de lui, cela se fait

par des ondes gravitationnelles

qui propagent la perturbation

Lorsque la masse est

transférée du compagnon

stellaire au trou noir

les perturbations se propagent

par ondes gravitationnelles


Slide22 l.jpg

De même lors de la

collision entre deux trous

noirs, ou l'explosion de

supernovae, etc..

Nébuleuse du Crabe en rayons X

Supernovae en l'an 1054

Etoiles à neutrons, pulsar

tourne sur elle-même 30 fois

par seconde

Particules de haute énergie

éjectées + jet


Trous noirs supermassifs l.jpg
Trous Noirs Supermassifs

Haute résolution Télescope Spatial

+ jet radio (VLA)



Disques d accr tion et noyaux actifs l.jpg
Disques d'accrétion et Noyaux Actifs

-seules de rares galaxies ont des trous noirs

-toutes en ont mais la période active est

courte, quelques 10 millions d'années

La masse du trou noir est proportionnelle

à la masse du bulbe, 0.2 %





Sch ma de formation des structures l.jpg
Schéma de formation des structures

Fluctuations primordiales

fond cosmologique

Structures filamentaires

simulations cosmologiques

Galaxies baryoniques

vues avec le HST


Relation trous noirs galaxies l.jpg
Relation Trous Noirs-Galaxies

Mbh = 0.2% Mbulge

Bleu: vitesses stellairesVert: vitesses du gaz

Rouge: disques de masers H2O, OH..


Slide31 l.jpg

Densité des quasars radio

Les quasars optiques suivent la même courbe

très similaire à l'histoire de la formation d'étoiles


Sch ma de formation parall le des galaxies et des trous noirs l.jpg
Schéma de formation parallèledes galaxies et des trous noirs

Les trous noirs massifs se forment parallèlement aux bulbes

-- Evolution interne des galaxies => flux radiaux de matière pour

former les étoiles

-- Interactions et fusions de galaxies

Formation des bulbes/sphéroïdes: concentration de matière et

transfert de moment angulaire

Alimenter les trous noirs ou les flambées d'étoiles: mêmes

contraintes


ad