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Réalité virtuelle : découvrez le trou noir supermassif de la Voie lactée comme si vous y étiez !

Vous avez toujours rêvé de vous prendre pour les explorateurs intrépides du film Le trou noir de Walt Disney ou plus récemment d’Interstellar de Christopher Nolan ? C’est en partie possible grâce à une puissante simulation en 3D et réalité virtuelle qui vous met à la place d’un observateur dans le domaine radio autour du disque d’accrétion tourbillonnant du trou noir supermassif de la Voie lactée.

Nous attendons tous la fameuse image prise avec l’aide de radiotélescopes, qui est en cours de traitement, et qui devrait nous montrer le trou noir supermassif de la Voie lactée comme on ne l’a jamais vu, au point de révéler, peut-être, l’existence de son horizon des évènements. Hélas, on sait que les membres du consortium Event Horizon Telescope ne pourront pas nous la livrer avant l’année prochaine.

Toutefois, en préparation de cet évènement, aussi bien pour la communauté des astrophysiciens relativistes que pour le grand public, des simulations sur ordinateurs de ce que l’on devrait s’attendre à voir ont été réalisées. Des écarts, entre ce que l’on peut voir en théorie et ce que l’on verra, pourraient nous apprendre que la théorie de la relativité générale n’est pas la bonne théorie de la gravitation. Voire qu’il n’y a carrément pas de trou noir derrière les observations déjà faites concernant Sagittarius A*, mais bien par exemple un trou de ver ou un astre compact plus exotique. Cela semble tout de même bien peu probable.

La simulation réalisée montrant l’aspect du plasma tourbillonnant autour du trou noir supermassif de notre Galaxie commence par la vue d’un observateur autour de ce trou noir et l’effet de lentille gravitationnelle qu’il provoque sur le fond d’étoiles. Le temps est bien sûr accéléré. © J. Davelaar, T. Bronzwaer, D. Kok, Z. Younsi, M. Moscibrodzka, & H. Falcke BlackHoleCam, Radboud University Nijmegen, Goethe University Frankfurt

Les tourbillons de plasma autour de Sagittarius A* en VR

Ainsi, des membres de l’université Radboud de Nimègue, aux Pays-Bas, dans le cadre du projet BlackHoleCam, qui s’inscrit lui-même dans la collaboration mondiale autour de l’Event Horizon Telescope, viennent-ils de mettre en ligne une vidéo de réalité virtuelle. Cette vidéo montrant dans plusieurs fréquences radio ce que pourrait voir à 360° un observateur en orbite autour du trou noir supermassif de la Voie lactée, entraîné par le flot de plasma de son disque d’accrétion.

La simulation numérique a été réalisée avec des codes calculant la trajectoire des rayons lumineux courbés par le champ de gravitation du trou noir. Les décalages spectraux dus à ce champ, notamment par effet Doppler en raison des mouvements de la matière du plasma émettant de la lumière dans le domaine radio, sont scrupuleusement pris en compte. Les effets relativistes sur les mouvements du plasma, techniquement, des calculs de magnétohydrodynamique relativiste pour décrire la matière chaude et ionisée dans le disque d’accrétion en espace-temps courbe du trou noir de Kerr en rotation derrière Sagittarius A*, ont aussi été pris en compte, comme l’explique l’article dans le journal Computational Astrophysics and Cosmology accompagnant la vidéo en VR.

Selon Jordy Davelaar, l’un des chercheurs à l’origine de ce travail : « Dans notre codage pour la simulation, nous avons utilisé la théorie générale de la relativité d’Einstein. Cela nous a permis de visualiser tous les effets que vous auriez lors de votre déplacement autour d’un trou noir, tels que la déviation de la lumière, la distorsion de votre champ de vision due à votre vitesse. Cela fournit l’expérience la plus réaliste possible de ce que nous pensons de cet environnement. La simulation est unique et est encore plus réaliste que les visualisations du film Interstellar. »

On le croit sur parole. Jean-Pierre Luminet, qui a été un pionnier du calcul des images que l’on peut s’attendre à voir de l’effet d’un trou noir sur son environnement, avait expliqué avec plusieurs articles consacrés au film de Nolan que l’image du trou noir supermassif Gargantua n’était en fait pas correcte.

C’est la fin du XXe. Au cœur d’une lointaine galaxie, à bord du vaisseau d’exploration Palomino qui retourne vers la Terre, le robot Vincent détecte la présence d’un puissant « trou noir », le phénomène le plus mystérieux et le plus terrifiant de l’univers, capable d’engloutir à tout jamais planètes et étoiles, et d’emprisonner la lumière pour la nuit des temps. À bord du Gouffre, une gigantesque station spatiale qu’une zone de non gravité protège du trou noir : l’USS Cygnus, disparue en mission vingt ans plus tôt. Tandis que Palomino s’en approche, le vaisseau fantôme s’illumine soudain… (Titre original, The Black Hole). Les images finales (des effets spéciaux) montrant l’USS Cygnus proche du disque d’accrétion du trou noir dans cette vidéo ne sont pas si mauvaises pour l’époque si on les compare à celles de la simulation précédente. © 1979, Walt Disney Productions

Ce qu’il faut retenir

  • Des simulations sur ordinateurs montrent ce à quoi l’on peut s’attendre en observant à certaines longueurs d’onde au voisinage du trou noir supermassif de la Voie lactée.
  • On peut même en tirer des vidéos de VR sur YouTube montrant, par exemple, le plasma chaud et tourbillonnant autour de Sagittarius A*.

Pour en savoir plus

Vidéo 360° au cœur de la Voie lactée

Article Xavier Demeersman publié le 26/01/2018 publié

Découvrez ce qui se passe au centre de notre Galaxie, la Voie lactée, là où est tapi le trou noir supermassif Sagittarius A*. Dans cette vidéo 360°, vous allez prendre sa place et ainsi pouvoir observer les étoiles qui s’affolent autour de lui. Des chercheurs ont réalisé deux simulations qui permettent de mieux comprendre les interactions des étoiles massives qui expulsent du gaz en grande quantité avec le trou noir central.

Si vous avez envie de vous dépayser un peu de la Terre et du Système solaire, vous pouvez tenter l’expérience d’une immersion à 360° en plein cœur de la Voie lactée. C’est là, à 26.000 années-lumière de notre douce Planète bleue que règne Sagittarius A* (ou Sgr A*), le trou noir supermassif de notre Galaxie.

Dans cette vidéo saisissante, la Nasa vous invite à prendre la place de ce gargantua cosmique et découvrir ainsi tout ce qui se passe autour de cet astre très dense de quelque quatre millions de masses solaires dans un périmètre de deux années-lumière seulement (soit la moitié du chemin qui nous sépare de Proxima du Centaure). Alors, chaussez votre casque de réalité virtuelle (de type Samsung Gear VR ou Google Cardboard) ou, si vous n’en avez pas, visionnez simplement la vidéo 360° sur votre smartphone ou votre tablette — en l’orientant dans toutes les directions — (ou encore, dans un navigateur Web sur un ordinateur) pour vivre cette aventure hors du commun.

Vidéo 360° de l’agitation autour du trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée. À voir au moyen d’un casque de réalité virtuelle (de type Samsung Gear VR ou Google Cardboard) ou sans, simplement avec votre smartphone ou votre tablette. Le temps est accéléré. La deuxième simulation commence à 1:12. © Nasa, CXC, Pontifical Catholic University of Chile, C. Russell et al.

Deux simulations du comportement du trou noir sur son environnement

Voici à quoi ressemble cet endroit qui nous est inaccessible physiquement. Même si les simulations dans lesquelles vous vous retrouvez transporté ne couvrent que quelques siècles, cela reste un bref aperçu de tout ce qui se passe autour de Sgr A* depuis des… milliards d’années. Un battement de cil qui se déroule, ici, en accéléré.

À l’origine de ces deux simulations, des astronomes curieux d’en apprendre plus sur les interactions du trou noir supermassif avec la trentaine d’étoiles massives de type Wolf-Rayet qui l’entourent. La plupart d’entre elles sont en train de s’effeuiller, éventant leur enveloppe gazeuse, couche après couche, comme nous pouvons le voir. Des lambeaux se retrouvent même engloutis par le trou noir ou s’enroulent autour. Lorsque des bourrasques de gaz issues de différentes étoiles entrent en collision, les ondes de choc embrasent les nuages, les chauffant à plusieurs millions de degrés. Les observations du télescope spatial Chandra, sensible au rayonnement X, ont permis de les étudier et de les cartographier. Ces précieuses données, et aussi celles du VLT dans l’infrarouge, ont aidé les chercheurs à construire ces simulations.

Car oui, il y a deux scénarios qui sont développés ici. Tous deux commencent il y a 350 ans et se poursuivent durant 500 ans. Dans le premier, notre trou noir supermassif est relativement paisible, et dans le second, il est plus excité et produit des éruptions. Alors, quelles sont les conséquences du comportement de Sgr A* sur son environnement où des étoiles se déchirent ? Christopher Russell (université catholique pontificale du Chili) et son équipe ont donc voulu confronter les simulations avec les observations de Chandra pour découvrir ce qu’il s’est passé ces derniers siècles — en réalité, il y a 26.000 ans. Tout indique, selon eux, que Sgr A* a dû produire une éruption assez puissante il y a un peu plus de 100 ans. L’évènement continuerait encore d’avoir des effets sur la place centrale de la Galaxie, dispersant des nuages. Un voyage fascinant au cœur de la Voie lactée.

En vidéo : naviguer dans la Voie lactée depuis un ordinateur

Article de Relaxnews, publié le 22 novembre 2012

Un site Web, proposé par Google en partenariat avec l’ESA et la Nasa, offre de naviguer dans la banlieue du Système solaire et de visualiser notre galaxie, la Voie lactée. Un joli voyage…

Après la Terre et ses océans, Google propose une escapade dans les étoiles. L’ambitieux projet 100,000 Stars propose en effet de naviguer au sein de la Voie lactée et de ses milliards d’étoiles. Le projet a été monté en partenariat avec la Nasa et l’ESA. Cette plateforme Web en 3D fonctionne sur tous les navigateurs compatibles avec les technologies WebGL, CSS 3D et Web Audio.

Sur le site Web, l’interface permet de visualiser les étoiles voisines de notre Soleil et fournit des informations sur chacune d’elles. Il suffit de cliquer sur leurs noms, mais il faut réviser son anglais car la version francophone se fait attendre. Un peu à la manière de Google Maps, il est possible de zoomer ou dézoomer, et des mouvements de la souris simulent des déplacements dans les trois dimensions.

http://www.youtube.com/v/TU6RAjABX40?version=3&hl=fr_FR&rel=0

Un voyage parmi les étoiles de la Voie lactée, tel qu’on peut le faire avec l’application elle-même, en pilotant à la souris. © Google, YouTube

Promenade en banlieue du Soleil

Au faible grossissement, par exemple, on s’offre un panorama de la Galaxie entière, que l’on peut faire pivoter dans tous les sens. En grossissant, quel que soit le point de départ, on zoome sur la banlieue du Soleil puis sur notre propre système planétaire. En haut à gauche, un bouton lance une balade toute prête et un autre transforme l’image de chaque étoile en un carré coloré dont la teinte indique la température de surface de l’astre.

De quoi admirer la forme de notre Galaxie et visiter notre banlieue, où se pressent de nombreuses étoiles que l’on s’amusera ensuite à repérer sur la voûte céleste, comme Sirius ou Altaïr.

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