Détection du trou noir au centre de la Galaxie
Cette activité permet une approche des trois relations de Kepler et des lois de la gravité de Newton, par l’observation des mouvements d’une étoile autour du trou noir au centre de notre Galaxie. Les positions successives de cette étoile sont obtenues à l’aide d’une série d’images, imprimées ou analysées avec le logiciel ©SalsaJ. La forme elliptique de l’orbite est décrite par la première relation de Kepler et permet de prédire la position du trou noir, en tant que l’un des deux foyers de l’orbite. La vitesse de l’étoile est plus grande lorsqu’elle est proche du trou noir, en accord avec la seconde relation de Kepler et de la force d’attraction gravitationnelle. La troisième relation de Kepler prédit une relation en loi de puissance entre le grand axe et la période des orbites du Système Solaire. Il faut reprendre cette relation avec les lois de Newton pour relier période, demi-grand axe et masse de l’objet central. Cette relation permet alors de déterminer la masse du trou noir !
| Observation et mesure de la trajectoire d’une étoile Observer les 12 images avec le logiciel SalsaJ, lancez la macro : plugin/macro/Black Hole (animation). Ces images sont le résultat de l’analyse de photos infrarouges des étoiles tournant autour du centre de notre Galaxie, où se trouve le trou noir «supermassif». Une seule des étoiles de l’image fait une rotation presque complète autour du trou noir. On appellera par la suite cette étoile «l’étoile de référence». Vous allez relever précisément les coordonnées de l’étoile de référence afin de déterminer sa trajectoire et les noter dans un tableur pour pouvoir ensuite tracer l’orbite point à point. Vous allez retrouver la 1ère relation de Kepler en comparant la forme de l’orbite à une ellipse. Vous pouvez alors mesurer la longueur du grand axe et la période de révolution de l’étoile Grace à la troisième relation de Kepler, étendue à tous systèmes gravitationnels par Newton, vous pouvez en déduire la masse du trou noir Vous pouvez enfin comparer votre valeur au résultat obtenu en 1997 : https://academic.oup.com/mnras/article/284/3/576/984237 (article en accès libre, en anglais) et l’évolution en 2005 ici : http://arxiv.org/ftp/astro-ph/papers/0502/0502129.pdf . Vous verrez l’importance de l’évolution des instruments de mesure sur la valeur obtenue. |
Lien vers plusieurs documents associés à cet exercice (une fiche d’activité expérimentale élève proposée en Terminale spécialité Physique Chimie par S. Paupy, un diaporama court, une vidéo, les images à imprimer)
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Bonjour,
Je ne comprends pas comment avoir accès aux images pour faire l’activité.
Bonjour Ingrid,
je vous remercie pour votre intérêt pour cet exercice. Lorsque vous installez le logiciel SalsaJ sur votre ordinateur, les images associées à cet exercice sont déjà disponible. Ainsi, si vous ouvrez le menu « plugin », puis « macro » et enfin « black hole (animation) », vous verrez toutes les images s’ouvrir et être converties en une « pile » pour voir l’animation. Ensuite, pour retrouver les images individuelles, il vous suffit de choisir dans le menu « image », « pile/convertir pile vers images »
N’hésitez pas à ajouter un commentaire si vous avez d’autres difficultés ou commentaires sur cet exercice
Cordialement
Emmanuel, au nom de l’équipe F-HOU
Pour compléter ma réponse, vous trouverez également les images dans le dossier « SalsaJ » (qui doit être sur votre bureau), sous-dossier « Data/images_bh »