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Posté par Michel le Lundi 18/02/2008 à 00:00
Une « table périodique » pour mieux classifier les trous noirs
Des physiciens ont découvert un ordre caché dans le zoo des trajectoires étranges que les objets sont susceptibles de décrire dans l'espace autour des trous noirs ; cela leur a permis de créer une « table périodique » des orbites des trous noirs. Cette découverte pourrait aider les scientifiques à mieux cibler leur recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) sur les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) gravitationnelles, ces ondulations de l'espace générées par les déplacements d’objets massifs, comme un couple de trous noirs gravitant l’un autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) de l’autre.


Un objet orbitant à proximité d'un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de...)
peut décrire une variété de trajectoires complexes

A grande distance d'un trou noir, un objet en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) décrira une ellipse de la même façon que les planètes de notre système solaire autour du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...). Mais à proximité, la théorie de la relativité générale prévoit un comportement beaucoup plus étrange, dû à la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par...) de l’espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de l'espace et du temps...) induite par les champs gravitationnels intenses du trou noir. Par exemple, un objet pourrait suivre une trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) ovale (Dans le sens étymologique, un ovale est une forme d'œuf. En mathématiques, et plus particulièrement en géométrie, le terme « ovale » désigne une courbe plane fermée qui a deux axes...) en direction du trou noir, puis fait une ou plusieurs boucles très serrées autour, avant d'être éjecté de nouveau vers l’espace sur une trajectoire allongée.

Des objets effectuant de tels passages proches suivent des trajectoires qui ne se répètent jamais exactement de la même manière, leur parcours exact dépendant de leur trajectoire et de leur vitesse (On distingue :) initiales. Découvrir un quelconque ordre caché dans la variété ahurissante d'orbites possibles pourrait ainsi sembler impossible, mais les physiciens Janna Levin et Gabe Perez-Giz de l'université de Colombia à New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de l’État de New York, est la principale ville des...) City ont pu y parvenir.

Ils ont utilisé des modèles mathématiques dans lesquels la trajectoire et la vitesse initiales d’un objet étaient paramétrées de telle sorte que son orbite pouvait par la suite se répéter fidèlement - une situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il...) « parfaite » que les auteurs savent ne jamais se produire dans le monde (Le mot monde peut désigner :) réel.

Une feuille de trèfle

Un exemple est un profil en forme de feuille de trèfle, où l'objet décrit le pourtour de chaque feuille, puis répète exactement la même trajectoire une fois revenu à son point (Graphie) de départ. "C’est totalement différent ce que nous observons pour un comportement orbital planétaire," déclare Levin.

La clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible permettant d'actionner un mécanisme.) trouvée par les chercheurs est qu’à chaque trajectoire non répétitive que les objets réels sont susceptibles de suivre, correspond une trajectoire répétitive qui lui ressemble beaucoup. Par exemple, l’orbite elliptique d’un objet soumise à un phénomène de précession (rotation de l’orbite) pourrait être modélisée par une structure ressemblant à une fleur (La fleur est constituée par l’ensemble des organes de la reproduction et des enveloppes qui les entourent chez les angiospermes (aussi appelées plantes à fleurs). Après la...) possédant 10 millions de pétales se recouvrant les unes les autres.

Cette découverte a permis à l'équipe d'organiser toutes les trajectoires possibles en différents groupes, en se basant sur des trajectoires répétitives similaires et de créer une « table périodique » pour les orbites de trous noirs.

Décrypter un fouillis de signaux

Le profil réel des ondes gravitationnelles produit par deux trous noirs en orbite juste avant leur fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de...) dépend de la forme de leurs orbites. Une meilleure compréhension de ces orbites pourrait donner aux physiciens une meilleure idée sur quoi rechercher dans les données des observatoires concernés par ce domaine, parmi l’embarrassant choix de signaux possibles que propose leur scrutation de la voute céleste.

Et parce qu’un couple de trous noirs orbitaux est décrit par une dizaine de nombres-clés, comme la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave). Ces...) de ses composants, leurs vitesses de rotation, ou le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du...) de cette rotation, la nouvelle table périodique pourrait aider les physiciens à déterminer ces caractéristiques physiques pour toutes les ondes gravitationnelles observées en provenance de telles paires de trous noirs, indique Levin.

"Je ne pense pas que quelqu'un ait essayé de créer une telle classification auparavant," remarque l’expert en trous noirs Daniel Kennefick de l'université de l'Arkansas. "Ce sera très probablement une idée très fructueuse, mais c'est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) de même une classification des plus curieuses, et il est très difficile de dire quand elle pourra devenir effectivement utile."

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Source: NewScientist Space
Illustration: Université de Janna Levin Perez-Giz/Columbia
 
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