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 Le trou noir supermassif au centre de la galaxie

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Akasha



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MessageSujet: Le trou noir supermassif au centre de la galaxie    Lun 7 Sep - 22:21

Le trou noir supermassif au centre de la galaxie



Un radiotélescope de 5.000 km pour regarder les trous noirs

Le radiotélescope Alma va bientôt être couplé par interférométrie avec d'autres homologues très éloignés. Grâce à la précision d'une nouvelle horloge atomique, le résultat sera l'équivalent, pour la résolution, d'un instrument virtuel de plusieurs milliers de kilomètres de diamètre. Avec ce projet Event Horizon Telescope, l'équipe d’astronomes coordonnée par le MIT Haystack Observatory espère observer des objets très éloignés et très lumineux dans le domaine des ondes submillimétriques, avec une vedette : le trou noir de notre Galaxie.

Installation du maser à hydrogène, c'est-à-dire de l'horloge atomique, au plus près des 66 antennes, à plus de 5.000 m d'altitude. ©
NRAO/AUI/NSF

Qui n’a jamais voulu observer directement un trou noir, l’objet galactique le plus mystérieux de l’Univers ? Une question difficile car, par définition, ces objets sont invisibles. Toutefois, les astronomes espèrent en obtenir une image du contour qu’ils qualifient d’horizon. C’est-à-dire cette surface invisible au-delà de laquelle la lumière est piégée. Tout aussi surprenant que cela puisse paraître, cette première image serait pour bientôt !

Ce cliché qui fera date sera celui de Sagittarius A*, le trou noir supermassif de la Voie lactée situé à 26.000 années-lumière de nous. D’une taille estimée à 25 millions de kilomètres, il est aussi massif que quatre millions de Soleils. Mais il est si loin que son diamètre apparent n'est que de 50 microsecondes d’arc. Pour le distinguer, les astronomes auraient besoin un télescope de quelque 5.000 km de diamètre avec une précision 2.000 fois plus fine que celle du télescope spatial Hubble ! À cela s’ajoute qu’il doit fonctionner dans les ondes submillimétriques, domaine du spectre électromagnétique qui permet de s’affranchir de tout ce qui nous obstrue la vue du trou noir. Évidemment, aucun télescope n’est capable actuellement d’observer avec une telle précision. Quoique…


Observatoire de tous les superlatifs (le plus grand, le plus haut, le plus puissant de sa catégorie), Alma et ses 66 antennes sont perchés à plus de 5.000 m d’altitude dans la cordillère des Andes, au nord du Chili. © Rémy Decourt

Transformer Alma en un télescope géant


La solution, c’est l’interférométrie à très longue base (VLBI) qui l’apportera. Une équipe de chercheurs fait le pari, en effet, de mettre en réseau jusqu’à douze observatoires millimétriques répartis un peu partout sur le globe afin de synthétiser un télescope virtuel dont le miroir ne se mesure plus en mètres ni en centaines de mètres mais en milliers de kilomètres ! On atteint alors la résolution d'un instrument virtuel dont le diamètre serait la distance entre les télescopes les plus éloignés l'un de l'autre. C’est tout le principe de l’interférométrie qui s’apparente à un télescope composé de nombreux éléments individuels. Tel est le projet Event Horizon Telescope (EHT) : réaliser un instrument virtuel qui aurait peu ou prou la taille de la Terre.

L’observatoire Alma et ses 66 antennes s’apprêtent donc à rejoindre l’EHT. Et l’interférométrie, ça le connaît puisque lui-même a été conçu pour fonctionner comme un interféromètre où chaque paire d’antennes crée une seule ligne de base. Alma peut produire ainsi jusqu’à 1.291 lignes de base dont certaines mesurent jusqu’à 16 km de long.

Toutefois, pour se connecter à l’EHT, Alma nécessite une horloge atomique. Et celle qu’il utilise actuellement n’est pas suffisamment précise. Elle convient à l'échelle de l'observatoire pour des paires d'antennes mais pas pour relier des instruments éloignés de milliers de kilomètres et dont les signaux arriveront avec des décalages de temps importants et quelconques. C’est pourquoi on vient de lui installer une horloge atomique bien plus précise, basée sur un maser à hydrogène. Ce système doit déjà permettre aux 66 antennes de fonctionner comme une unique antenne de 85 mètres de diamètre. Autrement dit, elles vont être phasées pour ne produire qu’un seul signal qui sera exactement celui qui aurait été produit si on avait une antenne d’un diamètre équivalent à la plus longue ligne de base. Grâce à la précision atteinte, Alma pourra alors être couplé par VLBI avec d’autres de ses semblables de par le monde.

Comme nous l’explique Denis Barkats, astronome système d’Alma chargé de la mise en service et des observations scientifiques pour les chercheurs, cette « nouvelle horloge que l’on vient d’installer est un nouveau cœur pour Alma ; un cœur qui bat à une fréquence très très précise et très très très stable ». C’est cette stabilité dont les astronomes ont « besoin pour pouvoir imaginer faire de l’interférométrie avec ces lignes de base de plusieurs centaines voire milliers de kilomètres ».


Voici, en fausses couleurs, comment pourrait apparaître l’horizon du trou noir supermassif de notre Voie lactée lorsqu’il sera observé par le EHT (Event Horizon Telescope). Le champ de gravité du trou noir devrait dévier les ondes radio de manière à produire un anneau de lumière qui entoure l’horizon des événements, du point de vue d’un observateur extérieur. Il est en principe circulaire. S'il apparaissait déformé, comme sur ce dessin, l'anomalie pointerait en direction d’une nouvelle physique. © Université Radboud de Nimègue
Rémy Decourt, Futura-Sciences
Lire la suite et fin sur Futura Science

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Les Objectifs scientifiques de GRAVITY



La conception de GRAVITY est déterminée par ses objectifs principaux, qui concernent l’observation d’effets de relativité générale à proximité immédiate du trou noir central de la Galaxie. Cependant il s’avère que cet instrument sera également un outil très polyvalent qui promet des avancées considérables dans des domaines variés de l’astrophysique moderne.

Le Centre de la Voie lactée


Le Centre galactique (CG) est situé à ≈ 25 000 années-lumière du système solaire. Étant, bien évidemment, situé dans le disque de la Galaxie, il n’est pas observable dans le domaine visible en raison de quantité de poussière sur la ligne de visée. De par cette relative proximité, il apparait comme bien plus grand angulairement que les autres noyaux de galaxie, dès lors que l’on observe aux grandes longueurs d’onde (infrarouge, radio) ou au contraire en rayons X ou encore plus énergétiques. Le trou noir supermassif qui y siège, Sgr A*, bien que d’une masse modeste pour ce type de trous noirs (environ 4 millions de masses solaires !), est celui dont le rayon de Schwarzschild RS sous-tend l’angle le plus grand : ≈ 10 μas (micro seconde d’angle : 1°=3 600 000 000 µas). Le second trou noir par ordre de rayon de Schwarzschild apparent est celui au cœur de la galaxie M82, deux fois plus petit. En outre, le CG présente des traces d’activité passée et actuelle. C’est donc le sujet idéal pour étudier en détails les mécanismes en jeux dans les noyaux actifs de galaxies (NAG, voir ci-dessous).

Les quelques années–lumières centrales de la Galaxie sont occupées par l’amas nucléaire, des milliers d’étoiles qui orbitent autour de Sgr A*. Une centaine d’entre elles passent très près du trou noir. C’est l’étude de leurs mouvements qui donne la meilleure estimation de la distance au CG et de la masse de Sgr A*. La plus connue de ses étoiles, S2, a une période orbitale d’une quinzaine d’années et passe au périapse à environ 2000 RS seulement, à une vitesse quasi-relativiste (≈ 1% de la vitesse de la lumière).

Les orbites d’étoiles passant très près d’un trou noir devraient être légèrement différentes des ellipses observées par Kepler et expliquée par Newton. En effet, on atteint un régime de gravité et de vitesse où les calculs d’orbites nécessitent l’usage de la théorie de la relativité générale. L’orbite de S2, comme celle des autres étoiles connues, apparaissent encore comme parfaitement elliptiques du fait des incertitudes de mesure. Le premier des objectifs de GRAVITY est de découvrir de nouvelles étoiles encore plus proches du trou noir. Ces étoiles parcourront leur orbite en seulement 1 an environ. Les effets relativistes sur leur trajectoire seront évidents. De plus, leur trajectoire sera peut-être également influencée par la présence de matière sombre autour du trou noir, par exemple en raison du grand nombre de trous noirs stellaires qui ont dû s’accumuler là au cours de l’histoire de la Galaxie. En effet, de nombreuses étoiles ont vécu et sont mortes en orbite autour de Sgr A*. Certaines ont laissé derrière elles un trou noir de faible masse (≈ 10 masses solaires), qui doit continuer de tourner autour du trou noir supermassif.


Simulation de mesure par GRAVITY de l’orbite (en bleu) d’une étoile très proche du trou noir centrale. L’étoile hypothétique utilisée ici est semblable à S2 mais 10 fois plus proche du trou noir. On pense découvrir de telles étoiles grâce à GRAVITY. L’orbite ne se referme pas : c’est l’effet relativiste d’avancée du périapse. Les symboles de couleur représentent les positions mesurées par GRAVITY en mai, juin et juillet, deux années consécutives. L’étoile a déjà parcouru deux fois son orbite et l’avancée du périapse est évident. Les autres courbes représentent des fragments d’orbites d’autres étoiles également observées par GRAVITY. Les axes sont gradués en milliseconde d’angle (mas), la résolution de GRAVITY étant de 2 à 4 mas.

lire suite et fin sur Lesia



L'étude du trou noir supermassif au centre de la Galaxie avec l'interféromètre GRAVITY (11 dec 2012)



Conférence donnée par Guy Perrin , Astronome au LESIA- ( Observatoire Paris-Meudon), dans le cadre des Grands Séminaires de l'Observatoire Midi-Pyrénées le 11 décembre 2012
La théorie de la relativité générale a été validée avec succès en champ faible dès sa publication. Sa validité en champ fort n'a encore pu complètement être vérifiée. Une première étape a été possible avec la découverte du pulsar binaire. La source au centre de la Galaxie, Sgr A*, offre une possibilité de test dans l'environnement proche d'un objet compact. Les preuves que Sgr A* est un trou noir sont en effet de plus en plus grandes. Une masse de près de 4 millions de fois la masse du Soleil a été mesurée par observation directe des orbites des étoiles proches. Du fait de sa distance et de cette masse, si elle est concentrée dans l'objet compact, la dimension angulaire du rayon de Schwarzschild est la plus grande observable, 10 microsecondes d'angle. Bien que très petite, cette taille est à la limite des possibilités d'un interféromètre infrarouge doté une capacité astrométrique. Tel est le constat qui a conduit à la construction de l'instrument GRAVITY dont l'observation de Sgr A* est le cas scientifique dimensionnant. L'objectif principal de l'instrument sera l'étude des effets de relativité générale dans l'environnement proche du trou noir et également, par imagerie, à des distances de quelques centaines de rayon de Schwarzschild pour la mesure du taux de rotation du trou noir et des tests de validité de la théorie. GRAVITY est construit par un consortium européen et connaîtra sa première lumière en 2014. Je présenterai durant le séminaire les objectifs de GRAVITY, son état d'avancement et les perspectives pour le domaine.






Le téléscope Event Horizon, un réseaux d'antennes mondiale pour tenter de voir pour la 1er fois, le trou noir supermassif niché au centre de la galaxie







Un sujet pensé agencé et recherche par Akasha.
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Akasha



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MessageSujet: Re: Le trou noir supermassif au centre de la galaxie    Lun 14 Sep - 13:00

"Voyage dans un trou noir" ou les étranges phénomènes visuels d'une descente dans le coeur d'un trou noir de Schwarzschild



Le terme rayon de Schwarzschild est utilisé en physique et en astronomie pour donner un ordre de grandeur de la taille caractéristique à laquelle des effets de relativité générale deviennent nécessaires pour la description d'objets d'une masse donnée. Les seuls objets qui ne sont pas des trous noirs et dont la taille est du même ordre que leur rayon de Schwarzschild sont les étoiles à neutrons (ou pulsars), ainsi, curieusement, que l'univers observable en son entier.

Les distorsions de l'espace-temps au voisinage d'un trou noir rendent le concept de distance un peu subtil. Le terme de rayon de Schwarzschild se réfère en fait au rayon que l'on associerait à un objet d'une circonférence donnée en géométrie euclidienne : il n'est pas possible de mesurer le rayon d'un trou noir en le traversant (puisque rien ne peut s'en échapper), il est par contre possible d'en mesurer la circonférence en faisant le tour sans y pénétrer.

Ce rayon est de ce fait appelé horizon du trou noir (on ne peut voir ce qui se passe à l'intérieur). Le rayon de Schwarzschild est proportionnel à la masse de celui-ci. La détermination du rayon de Schwarzschild utilise la définition de la vitesse de libération appliquée à la vitesse la lumière : L'énergie cinétique d'un corps en orbite autour du trou noir est donnée par E_{cin} = \frac{1}{2} m v^2 et son énergie potentielle par E_{pot} = \frac{GMm}{R} , où G est la constante de gravitation, M la masse du trou noir, m la masse du corps, v sa vitesse et R leur distance. Si l'énergie potentielle est supérieure à l'énergie cinétique, le corps en orbite ne peut pas s'échapper. En égalisant ces énergies dans le cas d'un corps se déplaçant à la vitesse de la lumière, on obtient :

R_s = \frac{2GM}{c^2} \approx \frac{M}{M_{\odot}} \times 2954 \;{\rm m\grave{e}tres},
où R_s est le rayon de Schwarzschild en mètres, M_{\odot} la masse du Soleil et c la vitesse de la lumière. Toute particule (y compris la lumière) se trouvant à une distance inférieure à R_s du trou noir ne peut pas avoir suffisamment d'énergie cinétique pour se libérer de son influence. La valeur exacte de ce rayon est modifiée dans le cas où l'objet considéré possède une charge électrique non nulle ou un moment cinétique. En pratique, seul le moment cinétique joue un rôle, la charge électrique étant négligeable dans toutes les configurations où des trous noirs sont produits, mais dans tous les cas, le rayon de Schwarzschild exprimé en kilomètres est de l'ordre de trois fois la masse de l'objet considéré exprimée en masses solaires. '...) source : Wilipedia


Un trou noir, c’est une région de l’espace de laquelle rien ne peut s’échapper, pas même la lumière. Cela ne peut se produire que quand il existe une très grande masse suffisamment concentrée, et dont la force d’attraction gravitationnelle est suffisante pour retenir n’importe quel objet, particule ou même rayon lumineux.

Pour fabriquer un trou noir, il vous faut donc confiner une forte masse dans une région suffisamment petite de l’espace. Prenons l’exemple du Soleil : il pèse environ 2 milliards de milliards de milliards de tonnes, et son rayon est de 700 000 km, soit 200 fois celui de la Terre. Si vous arriviez à concentrer toute la masse du Soleil dans un rayon inférieur à 3 kilomètres, cela créerait un trou noir : tout objet ou rayon lumineux qui s’en approcherait à moins de 3 kilomètres ne pourrait plus s’échapper.

Pour créer un trou noir avec la Terre, c’est encore plus difficile puisqu’il faudrait concentrer toute sa masse dans un rayon d’un centimètre…et bien sûr cela créerait un trou noir qui ne ferait seulement qu’un centimètre ! Et pourtant les astrophysiciens sont maintenant convaincus que les trous noirs existent réellement, et qu’il y en aurait même un tout près de chez nous : au centre de notre galaxie, la Voie Lactée.

Si vous voulez contempler un trou noir de vos propres yeux, sortez ce soir vers minuit et regardez vers le Sud. Un peu au-dessus de l’horizon, vous devriez voir la constellation du Sagittaire, reconnaissable à un petit motif bien connu des amateurs : la théière. Comme le montre l’image ci-dessous, la Voie Lactée passe tout près de la théière, et à proximité de son bec se trouve la direction qui indique le centre de la Voie Lactée. Et c’est là que se trouve un objet appelé Sagittaire A*, dont on pense aujourd’hui que c’est un trou noir supergéant, bien calé en plein milieu de notre galaxie !

(..) http://tinyurl.com/qgs28q7





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MessageSujet: Re: Le trou noir supermassif au centre de la galaxie    Lun 5 Oct - 20:56

Tomber dans un trou noir : les étranges phénomènes de la spaghettification et de la singularité



Voici deux vidéos montrant de manière claire, et graphiquement superbes, certains phénomènes étranges se produisant aux abords d’un trou noir.


Qu’est-ce que la spaghettification ?



La spaghettification est l’allongement d’un corps sous l’effet des forces de marées gravitationnelles lorsque celui-ci est plongé dans un trou noir.

En astrophysique, La Spaghettification (parfois appelé l’ effet de nouilles) est l’étirement vertical des objets en formes minces et longues (un peu comme des spaghetti) dans un fort champ gravitationnel, et résulte de force de marée extrême. Dans les cas extrêmes, près de trou noir, l’étirement est si puissant qu’aucun objet ne peut lui résister, peu importe la cohésion de ses composantes. Dans une petite région la compression horizontale équilibre l’étirement vertical de sorte que de petits objets spaghettifié n’éprouvent aucun changement net du volume.


À l’intérieur ou l’extérieur de l’horizon des évènements



Le point auquel les forces de marée détruisent un objet ou tuent une personne dépend de la taille du trou noir. Pour un trou noir supermassif, comme ceux trouvés au centre d’une galaxie, ce point peut nous induire en erreur quant à l’horizon des évènements, un astronaute peut passer cet horizon sans remarquer aucune perturbation et s’en tirer provisoirement, c’est seulement une question de temps, parce qu’une fois à l’intérieur d’un horizon d’évènement, tomber vers le centre est inexorable. Pour de petits trous noirs dont le rayon de Schwarzschild est beaucoup plus proche de la singularité, les forces de la marée tuerait même avant que l’astronaute n’atteigne l’horizon des évènements. Par exemple, pour un trou noir de 10 masses solaires8 et la corde mentionnée ci-dessus à la distance de 1 000 km, la force d’étirement à mi-corde est 325 N. Elle se rompra à 320 km, bien à l’extérieur du rayon Schwarzschild de 30 km. Pour un trou noir de 10 000 masses solaires, elle se rompra à 3 200 km, bien à l’intérieur du rayon de Schwarzschild de 30 000 km.

Source : Wikipédia.


Deux vidéos superbes :

La première est plus complète quand aux explications des phénomènes,
La seconde est graphiquement très réussie, notamment avec son lever de trou noir vu depuis une planète imaginaire, et les couleurs magnifiques des gaz chauds du disque d’accrétion.

Décidément, les trous noirs sont le summum, le nec plus ultra des astres et des phénomènes cosmiques dans l’Univers physique.




VIDÉO BONUS : La spaghettification, l’une des façons qu’un trou noir emploiera pour vous tuer. Durée : 3:09.
Une magnifique vidéo mais qui décrit de façon moins complète certains phénomènes caractéristiques aux abords d’un trou noir.






Spectaculaire et terrifiant : ce qui arriverait à la Terre si un trou noir pénétrait dans notre système solaire

Par Blueman (son site)







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MessageSujet: Re: Le trou noir supermassif au centre de la galaxie    Jeu 15 Oct - 21:25

Astrophysique : mythes et légendes autour des trous noirs, et réalité



Gargantua, le trou noir du film Interstellar.

Voici une vidéo amateur qui démystifie quelques croyances autour des trou noirs, et permet de clarifier certaines notions en astrophysique.
Bien que, comme l'affirme la vidéo, le comportement d'impact gravitationnel d'un trou noir soit le même que celui d'une étoile ordinaire, il faut tout de même mettre un bémol en ce sens que la topologie aux abords d'un trou noir est complètement différente :

-Au niveau de l'horizon des évènements, l'espace est tellement courbé qu'il se referme sur lui-même, ce qui signifie qu'une une fois passé cette frontière, vous êtes condamné car vous ne pourrez plus jamais en ressortir.
-Avant l'horizon des évènements, et dans la zone appelée ergosphère, la gravité est si forte que l'espace-temps est entraîné par l'effet Lense-Thirring, comme de l'eau dans le vortex d'un tourbillon : vous vous déplacez en spirale vers le trou noir, alors même que vous êtes immobile, car l'espace-temps dans lequel vous êtes bouge, est déformé et attiré par le trou noir.
-Avant l'horizon des évènements, également, la gravité est si intense que des effets de marée on lieu, même sur des très courtes distances : un astronaute qui tomberait verticalement vers le trou noir subirait des accélérations différentes au niveau de sa tête et de ses pieds, ce qui l'étirerait et le mettrait en pièces : c'est la spaghettification.
-Une vidéo très intéressante, d'autant plus qu'elle permet de comprendre que les trous noirs de Schwarzschild (ceux qui n'ont pas de rotation ) n'existent pas : il n'y a dans l'Univers que des trous noirs de Kerr, car les étoiles à neutrons, ou pulsars, tournent déjà à des vitesses démentielles, et donc les trou noirs, qui sont la phase suivante dans l'évolution stellaire (après les étoiles étranges, constitués principalement de quarks), bien évidemment tournent aussi sur eux-mêmes, sans doute à de folles vitesses également, engendrant le fameux et spectaculaire effet Lense-Thirring.
-À voir !



Attention, le narrateur parle très vite, et donc les sous-titres vont vite aussi, alors soyez bien concentrés.

Source : http://www.blueman.name/Des_Videos_Remarquables.php?NumVideo=8067#NAVIGATION
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MessageSujet: Re: Le trou noir supermassif au centre de la galaxie    Lun 18 Jan - 13:42

Découverte d'un trou noir peu commun


La nouvelle galaxie a été baptisée sous la désignation SDSS J1126+2944.
PHOTO AP


Une astrophysicienne de l'Université du Colorado a découvert quelque chose encore plus rare qu'une galaxie abritant un trou noir binaire: un trou noir de taille intermédiaire.

Julie Comerford a annoncé sa découverte lors de l'assemblée annuelle de la société américaine d'astronomie, mardi.

Elle a rappelé qu'on ne connaissait que 12 galaxies ayant un trou noir binaire. Habituellement, les galaxies ne comptent qu'un seul trou noir très compact situé en leur centre. La masse de ces trous noirs est de un million à un milliard de fois supérieure à celle de notre soleil.

La scientifique a retracé à l'intérieur de cette nouvelle galaxie située à environ un milliard d'années-lumière de la Terre, deux trous noirs dont l'un est beaucoup plus petit que l'autre. De plus, ce «petit» trou noir ne serait pas entouré d'étoiles contrairement à ce qui a été constaté jusqu'à maintenant.

Selon Mme Comerford, ce trou noir a perdu une grande partie de sa masse lorsque la collision entre deux galaxies a donné naissance à une nouvelle. Il s'agit d'un rare exemple d'un trou noir de taille intermédiaire qui se transformera avec le temps en un corps céleste supermassif.


Jusqu'à maintenant, les astronomes n'avaient jamais pu confirmer l'existence de trous noirs de taille intermédiaire, ce qui décuple l'intérêt de la découverte de Mme Comerford. La masse d'un trou noir de taille intermédiaire est de 100 à un million de fois supérieure à celle de notre soleil

L'astrophysicienne a pu réaliser sa découverte en utilisant le télescope spatial Hubble et le télescope spatial à rayons X Chandra de la NASA.

Le premier trou noir binaire a été découvert par accident en 2003, a indiqué Mme Comerford. Elle espère en trouver d'autres, elle qui en a déjà repéré quatre. Découvrir un trou noir de taille intermédiaire est «un boni supplémentaire», a-t-elle déclaré aux journalistes.

Ces découvertes pourraient éclairer d'un jour nouveau nos connaissances sur l'évolution des trous noirs.

La nouvelle galaxie a été baptisée sous la désignation SDSS J1126+2944.


Source : L'Express_Science
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