Observation du bord des trous noirs

La saga de la découverte des trous noirs

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De l’observation des bords des trous noirs.

Envisagés depuis fort longtemps (Laplace en avait imaginé l’existence), ces objets restés au stade de simples spéculations théoriques jusqu’en 2019 restent l’objet de nombreuses recherches. Cet article décrit à grands traits le chemin parcouru depuis deux siècles et il explique en fin de parcours pourquoi la théorie de la question (E) a bien été forcée d’intégrer cette thématique au sein de son arsenal puis comment elle le fait.

De la découverte théorique à la vérification expérimentale.

La compréhension de ce qui se passe aux abords, à la surface et au-dedans d’un trou noir motive la recherche depuis des décennies, voire des siècles. Pressenties par Laplace, les trous noirs ont réellement commencé à attirer l’attention grâce aux prédictions de la théorie de la relativité générale (A. Einstein). Les travaux de Hawking, en particulier sa prédiction concernant l’évaporation des trous noirs, ont amplifié l’intérêt pour ces étrangetés cosmiques.

Si leur existence est encore annoncée comme incertaine dans certains ouvrages académiques en 2013 [01], les observations récentes réalisées dans le cadre de l’expérimentation LIGO ont revivifié les esprits et les débats.

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Les espoirs exprimés en 2017.

Ils se résument par cette simple phrase prémonitoire : « Nous finirons par savoir à quoi ressemblent les bords du trou noir situé dans notre galaxie ».

La phrase n’est alors plus un vœu pieux. En effet, depuis le 05 avril 2017, une équipe de scientifiques peut se servir d’un télescope capable de zoomer sur cette partie de l’univers et celui-ci en donnera à terme une image d’une précision à ce jour inégalée. Elle espère dessiner les contours de l’horizon gravitationnel d’un trou noir, celui qui sépare la partie observable ce celle qui ne l’est pas [02].

En réalité, dans le champ de vision de ce nouveau télescope se trouvent deux trous noirs supermassifs : celui situé au sein de la voie Lactée et celui de la galaxie voisine M87. Ces régions de l’univers ont été observées en 2017 pendant cinq nuits au cours d’une période de dix jours. Les résultats sont désormais en partie accessibles sur le site officiel du Event Horizon Telescope (EHT).

Ce télescope n’est –à vrai dire- pas un télescope au sens habituel du terme, mais un ensemble de radiotélescopes reliés par un réseau couvrant l’ensemble du globe terrestre.

Les scientifiques ont bon espoir de visualiser la lumière émise par les halos de gaz entrainés par ces trous noirs.

C’est la première fois que, dans ce domaine particulier de l’astronomie, l’observation va pouvoir venir au secours des théoriciens ; et ce n’est pas un progrès anodin.

Il se trouve que, pour quelques auteurs, ces étranges concentrations de matière pourraient constituer un terrain idéal pour tester les théories de gravité quantique ; même si personne ne sait encore exactement (i) si de telles théories sont réellement nécessaires, (ii) ni vraiment sur quels principes essentiels les bâtir.

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Les observations rendues publiques en 2019.

Ce que le paragraphe précédent présentait comme un futur éventuellement bientôt accessible est devenu entre-temps un présent observable.

L’EHT a enfin livré ses premières données concernant la galaxie M87 et les algorithmes humains en ont fait une image que le monde entier, intéressé ou non par le sujet, a pu admirer sur tous les écrans.

Outre la consultation du site officiel de l’EHT, il existe désormais des articles en accès ouvert consultables par toutes celles et ceux souhaitant en connaître plus sur le sujet. A titre d’exemple : [03].

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Les retombées en 2020 : une nouvelle hypothèse sur l’origine des neutrinos.

Dans la continuité de cette première mondiale, et dans le cadre de l’exploration systématique du cosmos, une équipe de chercheurs basée en Allemagne vient a émis l’hypothèse que les bords des trous noirs pourraient éventuellement être la source de neutrinos hyper-énergétiques [04]. A suivre ...

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Pourquoi la © Théorie de la question (E) se préoccupe de la problématique des trous noirs.

 La théorie des produits vectoriels (en dimension trois) et des produits de Lie (dans les espaces de dimension supérieure à trois) déformés permet de revisiter la question des trous noirs. Il y a de multiples raisons à ce fait, mais la première d’entre elles provient d’une découverte quasiment fortuite.

Il existe des circonstances physiques simples dans lesquelles les parties principales des décompositions non-triviales des moments angulaires déformés ont le même formalisme que les solutions proposées par J. W. York Jr pour le problème des données initiales accompagnant la résolution des équations maîtresses de la théorie de la gravitation écrite par A. Einstein.

Les travaux de York succèdent à ceux du mathématicien français A. Lichnerowicz.

La résolution proprement dite est liée à un problème de Cauchy concernant l’évolution des hypersurfaces obtenues en découpant l’espace-temps en tranches iso-temporelles.

- Cette coïncidence est expliquée dans le document Einstein-Rosen revisité.

- Elle est revérifiée dans une analyse des trous noirs de Bowen-York.

- Ses conséquences sont envisagées dans un travail consacré à la notion d’involution pour les produits vectoriels déformés.

Pour aller plus loin :

Aller vers la page : « Surfaces et trous noirs ».

© Thierry PERIAT.

Bibliographie indicative mais non exhaustive :

[01] Fließbach, T.: Allgemeine Relativitätstheorie, 4. Auflage, Spektrum Lehrbuch, ISBN 3-8274-1356-7, © 2003, 1998, 1995, Springer Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, Berlin, 2003; 343 S.

[02] Event-horizon-telescope-try-capture-images-elusive-black-hole-edge, Sciences News.

[03] The Event Horizon Telescope Collaboration : First M87 Event Horizon Telescope Results. Imaging the Central Supermassive Black Hole. The Astrophysical Journal Letters, 875:L4 (52 pp), 2019 April 10 © 2019. The American Astronomical Society. Open Access.

[04] Shredded stars may rev up neutrinos, Sciences News, June 20, 2020.

Date de dernière mise à jour : 08/09/2021