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Conférence sur les trous noirs

11/27/2014

Vous avez aimé Interstellar ? Les trous noirs vous fascinent ? Venez me poser vos questions ! Je donne une conférence d'une heure sur le thème des trous noirs à la Société Astronomique de Bordeaux le mercredi 3 décembre à 18h30, entrée gratuite ! J'expliquerai ce qu'est un trou noir, je décrirais les différents types de trous noirs qui peuvent exister : du micro trou noir au trou noir galactique. Enfin, nous ferons un petit voyage au cœur d'un trou noir, avec quelques séquences du film Interstellar ! Suivez ce lien pour en savoir plus !

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Interstellar : Quand le cinéma aide la science

11/16/2014

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Le trou noir Gargantua représenté dans Interstellar. Source : http://www.wired.com/2014/10/astrophysics-interstellar-black-hole/

D’habitude, quand les astrophysiciens commentent un film de science-fiction, c’est plutôt pour s’en moquer. Les réalisateurs prennent souvent des libertés avec les lois de la physique. L’exemple le plus emblématique est sûrement les très bruyantes batailles dans l’espace de Star Wars. Or, pas d’air signifie pas de son ! Mais le dernier film de Chris Nolan, connu pour avoir réalisé Inception et Batman, a réussi le pari de ravir les spectateurs et les physiciens.

L’histoire commence avec un physicien célèbre, Kip Thorne, spécialiste des trous noirs, qui s’est attaché depuis longtemps à faire comprendre les bizarreries de la relativité d’Einstein au grand public, par de nombreux livres (que je vous recommande chaudement, voir plus bas). Cela faisait quelques années que Thorne et la productrice Lynda Obst pensaient à faire un film basé sur les propriétés étranges des trous noirs. Spielberg devait le réaliser, mais ce sont finalement les frères Nolan qui se sont lancés dans l’aventure.

Le film met en scène Matthew McConaughey en astronaute chargé d’explorer d’autres système solaires pour sauver l’humanité, au bord de l’extinction. Petit souci : les étoiles les plus proches sont très loin de nous et un voyage prendrait un temps déraisonnable. Heureusement, un trou de ver s’est formé près de Saturne, il faudra alors seulement deux ans aux astronautes pour atteindre le trou de ver et le franchir, se retrouvant illico dans un autre système solaire. Le film nous donne par la suite l’occasion d’admirer un trou noir nommé Gargantua.

Petit rappel de relativité ! Un trou de ver est un objet hypothétique qui jouerait le rôle de raccourci entre deux points de l’univers. Pour se le représenter, imaginons que notre univers à 3 dimensions spatiales n’en compte que 2, comme une feuille de papier. Un moyen de réduire la distance entre le point A et le point B est de plier la feuille de telle sorte que les points soient superposés (voir schéma). Les équations de la relativité prévoient effectivement l’existence possible de différents types de trous de ver, certains infranchissables, d’autres dans un seul sens ou dans les deux. Mais les mathématiques ne nous disent pas comment créer un trou de ver ou comment le maintenir ouvert. A nous d’imaginer !

Schéma d'un trou de ver dans un espace à deux dimensions. Réalisation : Xavier Vaisseau.

Le trou noir, quant à lui, est un objet bien réel. Il résulte de l’accumulation d’une grande quantité de matière sur une toute petite région, déformant le tissu de l’espace-temps. Toute masse exerçant une force de gravité, cette masse monumentale attire à elle tout ce qui l’entoure. La lumière elle-même ne peut en réchapper.

Le trou noir le plus proche est celui situé au centre de notre galaxie, à 26 000 années-lumière de nous. Autant dire qu’on est encore loin d’avoir une photo d’un trou noir, même si c’est l’objectif de certains des télescopes les plus modernes comme ALMA. Les observations des trous noirs sont aujourd’hui pour la plupart indirectes. Ce sont plutôt les effets de la présence d’un trou noir qui sont observés : déformation de la lumière, influence gravitationnelle sur les étoiles environnantes...

Et c’est là que Interstellar devient très intéressant pour les astrophysiciens. Le trou de ver et le trou noir ne sont pas représentés de manière fantaisiste par les techniciens des effets spéciaux, ils sont basés sur de véritables équations, permettant alors de visualiser ces objets de très près ! Certains résultats de ces simulations ont même surpris Thorne, par exemple l’aspect de l’environnement proche du trou noir. Les physiciens savaient que la matière et la lumière dévorées formaient un disque autour du trou noir, mais la déformation de l’espace-temps par celui-ci est telle que le disque apparaît également au dessus et en dessous du trou noir (voir image). Kip Thorne pense même pouvoir publier deux articles scientifiques grâce au film !

Le résultat n’est pas seulement vrai, il est aussi magnifique et je vous recommande vivement ce voyage interstellaire.

Pour aller plus loin :

Plus sur Kip Thorne et Interstellar (en anglais)

Livre de Kip S. Thorne : Trous noirs et distorsions du temps, l’héritage sulfureux d’Einstein, Champ Flammarion, 1997.

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« Nous sommes sur la comète »

11/12/2014

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L’Europe vient de réussir une prouesse. Poser un petit robot sur une comète, pour la première fois de l’histoire de l’humanité.

Cette aventure a commencé il y a 10 ans, lors du lancement de la sonde Rosetta par l’agence spatiale européenne. Son objectif : l’étude des comètes. Les astrophysiciens disent des comètes qu’elles sont des boules de neige sales, mais rien de méprisant là-dedans ! Ils ont toutes les raisons de les adorer. Les comètes sont des restes de la formation du système solaire il y a 4,5 milliards d’années. La glace et la poussière qui les composent n’ont presque pas changé depuis cette époque. Autant dire que les étudier, c’est avoir un accès direct à l’histoire de notre système solaire !

D’autres raisons poussent les astrophysiciens à étudier les comètes avec passion : d’abord, on soupçonne fortement les comètes, probablement aidées des astéroïdes (qui eux sont surtout composés de roche), d’avoir apporté l’eau sur la Terre. De plus, en ..., la mission Stardust a même trouvé sur une comète quelques acides aminés, ces briques élémentaires de la vie. C’est décidé, il faut aller voir ça de plus près !

En août dernier, la sonde Rosetta est parvenue près de son objectif : la comète Churyumov-Gerasimenko (vous avez le droit de l’appeler Tchouri), à 650 millions de km de la Terre ! La sonde a alors commencé à étudier la comète et son activité, c’est-à-dire l’émission par la comète de particules de glace et de poussière, due à l’influence du Soleil, formant entre autres la queue de la comète.

Mais sa mission ne s’arrête pas à un petit coucou. Rosetta est venue avec dans ses bagages un petit robot de 100 kg appelé Philae, armé d’une dizaine d’instruments scientifiques. Et c’était là le plus grand défi de la mission : réussir à le poser sur la comète sans encombre. Depuis août, il a fallu entre autres choisir un site d’atterrissage (je vous laisse imaginer le désarroi des scientifiques lorsqu’ils ont découvert la forme de cacahuète de la comète) et faire plus d’un milliard de simulations par ordinateur pour prévoir les trajectoires possibles. La qualité du sol reste inconnue jusqu’à l’atterrissage : le robot va-t-il rebondir ? S’enliser ? D’autre part, la gravité sur la comète est extrêmement faible, obligeant le robot à déployer des harpons. Autant de paramètres qui rendent l’opération délicate.

A 10h ce matin, Rosetta a largué Philae à 22 km au dessus de la comète. L’atterrissage était entièrement automatisé car il faut environ 30 minutes pour que les communications soient transmises entre la Terre et la sonde. L’atterrissage était prévu à 17h, il a donc fallu attendre 30 minutes pour savoir si Philae était bien posé ou non ! L’ESA avait prévu une diffusion en direct du centre de commandes à Darmstadt en Allemagne, nous permettant de voir les visages crispés des scientifiques jusqu’à la confirmation de l’atterrissage et cette phrase du responsable du centre de commandes : « We are on the comet ». La mission est un succès scientifique et technologique européen.

En mars prochain, alors que la comète s’approchera du Soleil, la température à l’intérieur du robot sera trop élevée pour poursuivre les opérations et ce sera la fin de la mission. La mission de Rosetta se poursuivra beaucoup plus longtemps, accompagnant la comète dont l’activité augmentera à l’approche du Soleil, jusqu’au point le plus proche, atteint en août 2015. De très nombreuses découvertes sur les comètes nous attendent d’ici là !

La première photo prise par Philae durant la descente.

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L’image astrophysique de l’année : la naissance des planètes révélée

11/6/2014

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Albert Einstein en string avec un chapeau mexicain ? Non, l'image qui met en émoi les astrophysiciens cette semaine est une photo d'une jeune étoile prise par le télescope ALMA :

ALMA* est un gigantesque ensemble de télescopes situé sur la plaine d’Atacama au Chili, l’endroit le plus sec au monde. Ainsi, l’eau présente dans l’atmosphère gêne le moins possible les observations. Ce tout nouvel instrument fait saliver tous les astrophysiciens (moi y compris, j'avoue) car il permet de faire des observations avec un niveau de détail incroyable. Autant dire que c’est une sacrée bagarre pour obtenir la permission de l’utiliser ! Le satellite Hubble avait en son temps transformé notre vision du cosmos, c’est maintenant le tour d’ALMA.

Le dernier succès d’ALMA est l’image d’une toute jeune étoile d’un million d’années (le Soleil, avec ses 4 milliards d’années, est en plein dans l’âge mûr). Elle est située à 450 années-lumière de nous, dans la constellation du Taureau. Les astrophysiciens ont été estomaqués par ce qu’ils ont vu : cette jeune étoile est déjà entourée de planètes en formation ! Sur l’image, l’étoile est visible au milieu d’un disque de gaz et de poussière, qui est creusé de cercles sombres. Il est fort probable que ces cercles indiquent la trajectoire des planètes en train de se former. C’est tout simplement du jamais vu.  Une étoile se forme par effondrement d’un nuage de gaz et de poussière. Ce nuage prend alors progressivement la forme d’un disque, qui permet au bébé étoile d’amasser de la matière et de grossir. Mais heureusement pour nous, le bébé étoile finit généralement par être rassasié avant d’avoir tout avalé. La matière restante dans le disque va alors pouvoir s’agglomérer pour former les planètes, les astéroïdes et les comètes. Chaque petite planète en formation creuse alors son chemin dans le disque, collectant poussière et gaz. Cette image confirme non seulement que cette théorie semble être la bonne, mais indique de plus que la formation des planètes serait bien plus rapide que ce que l’on pensait jusqu’à maintenant.

(*Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)

Pour aller plus loin :
Le communiqué de presse ALMA du 05/11/14 (en anglais)

Sarah Fechtenbaum

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La physique expliquée à ma grand mère

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