Archives pour l'étiquette trous noirs

La physique de « High Life »

High Life est un film de la réalisatrice Claire Denis, avec Robert Pattison et Juliette Binoche, sorti il y a peu en France.

Commençons par le dire clairement : High-Life n’est pas réaliste au niveau astrophysique et ne cherche pas à l’être. Dans « science fiction », il y a « Fiction » ! On ne reproche pas à Homère le fait que les exploits d’Achille sont peu réalistes. Je ne reprocherai pas à Claire Denis les largesses prises avec les lois de la physique. Nous ne sommes pas dans le documentaire et cela n’a *aucune* importance. Le film de Claire Denis se situe tout à fait ailleurs. Il joue avec le huis-clos, avec l’étrangeté du temps, avec la folie du corps, avec la peur de l’oublié, avec l’inévidence des fluides. C’est tout sauf un reportage sur la physique des trous noirs ! Il est du droit et même du devoir d’une oeuvre d’art de ne pas se plier aux même contraintes qu’un article de science.

Pour autant, oui, la physique a joué un rôle. J’ai passé beaucoup de temps avec Claire Denis depuis 5 ou 6 ans. Elle est même venue à l’un de mes cours d’astrophysique à Grenoble ! Nous avons discuté très longuement et souvent profondément de relativité générale et de physique des trous noirs. Je vais donc ici expliquer les points de physique qui ont joué un rôle – direct ou indirect – dans l’élaboration du film.

Simulation d’un trou noir. Crédit : Alain Riazuelo.

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Trous noirs et trous blancs : quelques nouvelles

Je suis en ce moment à Varsovie, invité à une conférence dédiée à l’étude des singularités en relativité générale. Mon exposé portera principalement sur la cosmologie quantique et les modèles où un rebond remplace le Big Bang.

Je souhaite néanmoins dans cette brève note évoquer un autre point très discuté ici, concernant les trous noirs (suite aux travaux de Rovelli, Haggard, Vidotto, Bianchi, etc.).

Il faut d’en premier lieu aborder la question de la « taille » d’un trou noir. Typiquement, un trou noir de la masse du Soleil possède un diamètre de quelques kilomètres. C’est un calcul simple et l’affaire semble entendue. Mais c’est aller un peu trop vite en besogne ! En réalité, même si sa masse – et donc sa taille vue depuis l’extérieur – ne change pas, le volume interne d’un trou noir augmente avec le temps (voir ici). Un « petit » trou noir peut donc en réalité contenir un volume immense si tant est que celui-ci soit formé depuis suffisamment longtemps.

NASA/FQtQ

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Trous noirs et gravitation quantique : une nouveauté

Les trous noirs sont des zones de l’espace dont rien, pas même la lumière, ne peut s’échapper. Bien que très étranges à plus d’un titre, ils sont globalement bien compris et bien décrits par la grande théorie d’Einstein. L’existence de trous noirs dans notre Univers est maintenant presque avérée et plus personne n’en doute sérieusement. Leurs propriétés, en particulier l’émissions d’ondes gravitationnelles – de petites vibrations de l’espace – lorsque deux trous noirs fusionnent, sont correctement expliquées par les modèles usuels de l’astrophysique.

Néanmoins, si l’on s’intéresse aux petits trous noirs, les choses ne sont plus si simples. Il devient alors indispensable de tenir compte des effets quantiques. Or, une théorie tout à fait convaincante de la gravitation quantique est précisément ce qui manque le plus cruellement à la physique théorique depuis un siècle. Dans un article récent publié dans Physical Review Letters (voir la version PRL ou le preprint téléchargeable), je me suis intéressé à la possibilité d’entrevoir des effets de gravitation quantique grâce aux trous noirs.

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Les ondes gravitationnelles révèlent-elles une physique au-delà de la relativité générale ?

Il y a peu, l’expérience LIGO a mesuré les ondes gravitationnelles – petites vibrations de l’espace – engendrées par la danse de deux trous noirs. Il ne s’agissait pas vraiment d’une découverte puisque les ondes gravitationnelles ont été détectées il y 40 ans grâce à un système binaire de pulsars (le prix Nobel a été donné il y a 20 ans pour cela). Il ne s’agissait pas vraiment d’une détections tout-à-fait directe puisque nous n’avons jamais accès à l’en-soi des choses en physique et toute mesure est une très complexe et très indirecte mise en évidence du phénomène recherché. Il ne s’agissait pas non plus d’une « preuve » de la théorie d’Einstein puisqu’aucune théorie n’a été prouvé en sciences de la Nature et aucune ne le sera jamais (pour la simple raison que toutes les théories sont fausses, elle sont seulement la meilleure proposition dont nous disposons à un instant donné).

Pour autant, ces mesures sont très loin d’être inutiles ! Tout au contraire, elles ouvrent un champ nouveau et fascinant ! C’est une véritable astronomie gravitationnelles qui va maintenant émerger et donner accès à des visages du cosmos qui nous sont pour le moment inconnu. Une nouvelle ère s’ouvre. Nous disposons d’un « nouveau sens » pour scruter et comprendre notre environnement.

Simulation d'Alain Riazuelo
Simulation d’Alain Riazuelo

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Sursauts gammas et fusions de trous noirs : des sirènes gravitationnelles ?

Récemment, l’expérience LIGO a annoncé la détection d’ondes gravitationnelles émanant de la fusion de deux trous noirs. Il s’agit d’une avancée majeure. Pour la première fois, nous avons observé sans ambiguïté des effets qui sont directement liés à la présence d’un horizon, la caractéristique essentielle des trous noirs. De plus, il a même été possible de mesurer l’énergie émise sous la forme de ces ondes d’espace et la vitesse à laquelle le trou noir final tourne sur lui-même.
(Crédit : SXS project)
(Crédit : SXS project)
Le satellite Fermi a annoncé avoir observé un sursaut de rayons gammas presque au même moment que la coalescence détectée par LIGO et provenant de la même direction. Cette annonce est sujette à caution car d’autres détecteurs ne l’ont pas confirmée et la position est très mal mesurée avec les deux antennes de LIGO. Si néanmoins elle s’avérait exacte, elle ouvrirait d’intéressantes perspectives.

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Big Bang et au-delà

Voici la nouvelle édition de mon petit livre « Big Bang et au-delà », juste publié chez Dunod.

Il s’agit une balade en cosmologie, sans prétention à l’exhaustivité. Je tente de passer en revue les avancées majeures de la science de l’Univers, mais aussi de souligner l’immensité de ce que nous ne comprenons pas encore. On y croise des trous noirs et des particules élémentaires, on s’y interroge sur les fondements théorique et les bases observationnelles du modèle du Big Bang. En conclusion, se pose la question des univers multiples. Quelques préoccupations philosophiques et poétiques, évidemment biaisées par mes intérêts propres et sans la moindre vocation au « panorama », s’invitent ici et là.
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Pour souligner que la science est aussi une aventure humaine, je conte également — en filigrane — un certain nombre d’anecdotes personnelles, de révoltes et de positionnement sociétaux. La question de la souffrance infligée aux animaux ou de l’exclusion des plus faibles, quoique non directement reliée, ne peut pas ne pas se poser, je crois, quand on tente de scruter notre environnement.

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