L’environnement des trous noirs supermassifs


Cette semaine a débuté par une conférence, au musée des Confluences, en partenariat avec le Club d’Astronomie de Lyon Ampère (CALA).

La conférence commence à 19h, mais à mon arrivée à 17h50, il y a déjà la queue devant le grand auditorium, et il y a de quoi … le sujet : les trous noirs et un orateur : Pierre-Olivier Petrucci, chercheur à l’IPAG (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble).

Il présente sa conférence ainsi :
« La plupart des galaxies possèderaient en leur centre un trou noir super massif de plusieurs millions voire plusieurs milliards de masses solaires. C’est le cas par exemple de la Voie Lactée, dont le trou noir central aurait une masse de l’ordre de 4 millions de masse solaire. Dans 10% des galaxies, les régions centrales, proches du trou noir, sont extremement lumineuses, en rayonnant principalement dans les X et gamma. Ces galaxies sont dites « actives » du fait de cet excès d’activité par rapport aux autres galaxies. Après une introduction du concept de trou noir et quelques mots sur le trou noir de notre propre galaxie, je vous propose un voyage au coeur d’une galaxie active. Je détaillerai les moyens que l’on a pour mieux les comprendre et parlerai des dernières avancées dans ce domaine.« 

Le bâtiment (le musée) m’amuse sur cette thématique, étant lui-même bâti comme un vaisseau spatial, avec un trou avalant sa structure.
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Voici quelques notes que j'ai pu prendre, j'espère que cela vous donnera une petite idée des notions abordées lors de cette thématique.
Au sommaire de cette conférence :
  1. Le concept de trou noir
  2. Les trous noirs stellaires et les ondes gravitationnelles
  3. Les trous noirs supermassifs
  4. Notre voie lactée
  5. Les trous noirs supermassifs « actifs »

L’orateur s’exprime simplement et avec humour, même des non-initiés comme moi ressortiront de la salle en ayant appris beaucoup, avec les données les plus récentes sur ce sujet (sur ces 15 dernières années, jusqu’à récemment en février 2016). Une bonne soirée ^^

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Quelques chiffres pour commencer :

  • le rayon de la Terre : 6 400 km
  • le rayon du Soleil : 700 000 km

Quelques repères :

  • Newton : la loi gravitationnelle universelle
  • La vitesse de libération, c’est à dire la vitesse nécessaire pour s’échapper de l’attraction de la Terre : 40 000 km/h (11 km/s). Si la vitesse de libération est supérieure à celle de la lumière, alors même la lumière ne pourrait s’échapper !
  • Einstein (1915) :  les masses déforment l’espace-temps
  • Et Karl Schwarzschild (1916)

Note : la gravitation est une énorme source d’énergie.

Les trous noirs stellaires : 

Commençons par la formation des étoiles :

  1. au départ, il y a un nuage gazeux de poussière
  2. celui-ci peut donner naissance à de petites étoiles (comme le soleil), qui deviendra un jour une géante rouge, puis une nébuleuse planétaire, pour finir en naine blanche
  3. ou donner naissance à de grosses étoiles, qui se transformeront en super géantes rouge, puis en supernova. De là, 2 scénarios sont possibles : soit une étoile à neutrons, soit un trou noir

Pour observer un trou noir, il faut de la matière autour qui s’entrechoque et produit ainsi de la lumière qui rayonne énormément, avant de disparaître dans le trou noir. On parle alors du disque d’accrétion. Pour faire de telles observations, les instruments utilisent la résolution spatiale.

Les ondes gravitationnelles : et la déformation de l’espace-temps (Einstein).

Ces ondes sont produites par le mouvement des masses. Elles sont très difficiles à observer.  Il faut un objet compact et massif, comme un pulsar par exemple (une étoile à neutrons).

L’observation a été récemment validée par un instrument qui s’appelle un interféromètre.  Cette infrastructure détecte la variation du temps de parcours de la lumière due au passage de l’onde. Cela s’effectue dans 2 bras perpendiculaires de 4km, ultra-vides. Il s’agit des projets LIGO (aux US) et VIRGO (en Italie).

Les trous noirs supermassifs : (TNSM)

Il sont au centre de la plupart des galaxies.  Comment mesure t-on leur masse ? Avec la 3ième loi de Kepler. Pour effectuer une telle mesure, il faut connaître : la vitesse, le rayon de l’orbite, pour en déduire la masse.

La spectroscopie est utilisée, ainsi que des notions comme l’effet Doppler.

Notre voie lactée :

Au centre se trouve un trou noir, heureusement pas très actif ! Pour l’observation, c’est l’optique adaptative qui est utilisée,  cela corrige les effets dus à notre atmosphère.

Les trous noirs supermassifs :

Il sont présents dans les régions centrales de 10% des galaxies. On les appelle des noyaux actifs de galaxie (NAG). Ils sont actifs car ils ont une luminosité  > 10 puissance 4

Les observations détectent des mouvements superluminiques, c’est à dire supérieurs à la vitesse de la lumière, ce qui n’est pas possible. Il s’agit là d’un effet d’optique.

La conférence se termine sur une vidéo en images de synthèse représentant ce que l’on pourrait observer au cœur de la galaxie active NGC 5548.

Je vous laisse en savoir plus avec les liens suivants, en vous souhaitant une bonne lecture :

museedesconfluences.fr
ipag.osug.fr
je-comprends-enfin.fr