« Qu’est-ce véritablement que l’aura ? Un étrange tissu d’espace et de temps: l’apparition unique d’un lointain, aussi proche soit-il. » 1
Le 16 mai 1934 naissait le mathématicien néo-zélandais Roy Kerr. En 1963, il établit la solution exacte des équations de la relativité générale d’Einstein qui décrit un trou noir en rotation 2. La métrique de Kerr admet la forme suivante :
Métrique de Kerr dans le système de coordonnées de Boyer-Lindquist
Dans cette expression, le paramètre a est homogène à une longueur proportionnelle au moment cinétique de rotation L :
Les deux autres paramètres sont définis par :
La métrique de Kerr décrit un trou noir qui possède un horizon correspondant à la plus grande racine réelle de l’équation : Δ = 0. Cette racine n’existe que si le moment cinétique n’est pas trop grand :
Remarque : lorsque a = 0, la métrique de Kerr se réduit à la métrique de Schwarschild obtenue en 1916, et qui décrit un trou noir statique.
Le 11 avril 2019, soit 56 ans après que Kerr ait publié sa solution, la collaboration internationale d’expérimentateurs regroupés sous le nom de « Event Horizon Telescope » publie la première « image 3 » du voisinage d’un trou noir en rotation observé dans une galaxie lointaine baptisée M87 :
EHT Collaboration (10 avril 2019), Observatoire Européen Austral (clic)
« A number of elements reinforce the robustness of our image and the conclusion that it is consistent with the shadow of a black hole as predicted by GR. »
Cette annonce est récompensée par la National Science Foundation américaine 4.
Remarque : l’interprétation des mesures expérimentales nécessite une confrontation aux meilleurs résultats de simulations numériques disponibles, un jeu que les physiciens théoriciens pratiquent depuis 1979 …
Voisinage d'un trou noir en rotation vu par un observateur lointain : première image calculée en 1979 par l'astrophysicien français Jean-Pierre Luminet à l'aide d'un ordinateur IBM 7040 à cartes perforées.
Voisinage d'un trou noir en rotation vu par un observateur lointain : image scientifique contemporaine obtenue à l'aide d'un super-calculateur moderne.
Voisinage d'un trou noir en rotation vu par un observateur lointain : image artistique simplifiée (pour des raisons purement esthétiques) utilisée pour le film de science-fiction "Interstellar".
Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Orientation bibliographique
- Vahé Ter Minassian, Voici la toute première image d’un trou noir, Journal du CNRS (10 avril 2019, web.
- Michael Banks, First images of a black hole unveiled by astronomers in landmark discovery, Physics World (10 avril 2019), web.
- The University of Canterbury, Canterbury Distinguished Professor Roy Kerr’s black hole theory proven right, (11 avril 2019), web.
- NASA, The Giant Galaxy Around the Giant Black Hole, (25 avril 2019), web.
- Clifford M. Will, Les enfants d’Einstein –- La relativité générale à l’épreuve de l’observation, InterEditions (1988).
- Etienne Klein, Philippe Brax, Pierre Vanhove (dir), Qu’est-ce que la gravité ? — Le grand défi de la physique, Dunod (2019), ISBN 978-2-1007-8327-4, présentation de l’éditeur. Proceedings de la conférence du même titre organisée les 9 et 10 mai 2017 par l’Institut de Physique Théorique du CEA (Saclay), web.
Additions récentes à la littérature francophone
- Jean-Pierre Lasota, La Science des trous noirs, Odile Jacob (2010), ISBN 978-2-7381-2008-3, présentation de l’éditeur. Prix Félix Robin 2012.
- lain Riazuelo, Les trous noirs — À la poursuite de l’invisible, De Boeck (2e édition-2018), ISBN 978-2-8073-1558-7, présentation de l’éditeur.
- Michel Cassé, Les Trous noirs en pleine lumière, Odile Jacob (2009), ISBN 978-2-7381-2077-9, présentation de l’éditeur.
- Steven S. Gubser et Frans Pretorius, Le petit livre des trous noirs, Dunod (2018), ISBN 978-2-1007-7693-1, présentation de l’éditeur.
- Leonard Susskind, Trous noirs : La guerre des savants, Robert Laffont (2010), ISBN 978-2-2211-0671-7, Folio Gallimard (2012), ISBN 978-2-0704-4314-7,présentation de l’éditeur.
Littérature anglophone
- Fulvio Melia, Cracking the Einstein Code — Relativity and the Birth of Black Hole Physics, The University of Chicago Press (2009), ISBN 978-0-2265-1951-7, présentation de l’éditeur. Biographie de Roy Kerr.
- Mitchell Begelman et Martin Rees, Gravity’s Fatal Attraction — Black Holes in the Universe, Cambridge University Press (2e édition-2010), ISBN 978-0-521-71793-9, présentation de l’éditeur.
- Fulvio Melia, The Black Hole at the Center of Our Galaxy, Princeton University Press (2003), ISBN 978-0-6910-9505-9, présentation de l’éditeur.
- Fulvio Melia, The Galactic Supermassive Black Hole, Princeton University Press (2007), ISBN 978-0-6911-3129-0, présentation de l’éditeur.
- Fulvio Melia, The Edge of Infinity — Supermassive Black Holes in the Universe, Cambridge University Press (2003), ISBN 978-0-521-81405-8, présentation de l’éditeur.
Articles scientifiques « Event Horizon Telescope »
- Shep Doeleman (EHT Director), on behalf of the EHT Collaboration, Focus on the First Event Horizon Telescope Results, The Astrophysical Journal Letters 875 (April 2019), web.
Notes
- Walter Benjamin, L’œuvre d’art à l’époque de sa reproductibilité technique (1935). ↩
- En 1965, la solution de Kerr sera généralisée par Ezra T. Newman au cas d’un trou noir électriquement chargé en rotation, donnant lieu à la métrique de Kerr-Newman. ↩
- Les mesures expérimentales sont obtenue à l’aide d’ondes électromagnétiques de longueur d’onde radio, qui ne se situent pas dans le domaine visible. Cette représentation graphique est une restitution en fausses couleurs du voisinage du trou noir. ↩
- NSF, National Science Foundation announces new Diamond Achievement Award, web. ↩