Gravitation et Trous Noirs

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Gravitation et Trous Noirs

• Françoise Combes
• Observatoire de Paris

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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
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Histoire (suite)
1786- P-S de Laplace pressent les trous noirs
(théorie corpusculaire de la lumière) 1865-
Maxwell théorie du champ électromagnétique médiat
eur 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
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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
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1915- Einstein Relativité générale L'espace-temp
s 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
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Prédictions et tests
Déviations des rayons lumineux par le Soleil
Avance du
périhélie de Mercure
Elasticité du temps (horloges à 10-15)
Mirages gravitationnels
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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 gt Trou Noir Rayon critique de
Schwarzschild R 2 G M/c2 (ou bien 1/2 v2
GM/r et vc) ou Horizon du trou noir
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Indices de l'existence des trous noirs
Trous noirs de masse stellaire Etoiles binaires
dont on peut déterminer la masse Cygnus X1 (gt
7Msol), LMC-X3 (gt 3Mo), LMC-X1 (gt 4Msol) V-404
Cyg (gt 8Msol), A 0620-00 (gt 3Msol) Trous noirs
super-massifs, un par galaxie 10 millions à
1 milliards de masses solaires gt
quasars Trous noirs primordiaux? Ils
s'évaporent Les micros lentilles
gravitationnelles n'en n'ont pas trouvé
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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
M2 millions de Msolaires
Mouvements propres Images Infra-rouge
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Astrométrie et mouvements propres au centre
galactique
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Animation du mouvement des étoiles
Max-Planck Institut, Allemagne
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(No Transcript)
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Expériences de lentilles gravitationnelles
Evènement OGLE1
Fenêtre de Baade
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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?
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Trou noir - Singularité
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Illumination du trou noir
La lumière contourne le trou noir
Parfaite réflexion-- trou noir
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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!
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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).
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Cisaillement gravitationnel
Déformation des galaxies derrière un amas dense
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(No Transcript)
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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
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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
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Trous Noirs Supermassifs
Haute résolution Télescope Spatial jet radio
(VLA)
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Trou Noir en rotation origine des Quasars?
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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
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Ejection de plasma lobes radio
Cygnus A
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SS433 micro-quasar
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Microquasars
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Schéma de formation des structures
Fluctuations primordiales fond cosmologique Str
uctures filamentaires simulations
cosmologiques Galaxies baryoniques vues avec
le HST
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Relation Trous Noirs-Galaxies
Mbh 0.2 Mbulge
Bleu vitesses stellaires Vert vitesses du
gaz Rouge disques de masers H2O, OH..
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Densité des quasars radio Les quasars optiques
suivent la même courbe très similaire à
l'histoire de la formation d'étoiles
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Schéma de formation parallèledes galaxies et des
trous noirs
Les trous noirs massifs se forment parallèlement
aux bulbes -- Evolution interne des galaxies gt
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