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Un cosmologiste théorique décrit la taille réelle des grands trous noirs et le «point de non-retour»

Le cosmologiste théorique explique à quel point les grands trous noirs sont réellement et ce que signifie le point de non-retour

La première photo d'un trou noir, prise en 2019, montre la lumière se courbant autour d'un trou noir qui est 6,5 milliards de fois plus grand que le soleil. Crédit: Collaboration Event Horizon Telescope

Les trous noirs sont parmi les phénomènes les plus fascinants de l'espace extra-atmosphérique, et nous en apprenons toujours plus à leur sujet. La semaine dernière, un groupe d'astronomes a publié un article documentant une rare collision visible de trous noirs, qui a produit un flash de lumière qui a permis aux scientifiques de voir l'événement depuis la Terre.


De Star Trek à Doctor Who en passant par Orville, la science-fiction incorpore souvent des trous noirs dans les scénarios, en grande partie parce qu'il y a encore tellement de choses que nous ne savons pas. Mais Alexander Vilenkin n'est pas du tout intimidé par ce sujet vaste et complexe. Professeur Leonard et Jane Holmes Bernstein en sciences évolutionnaires au Département de physique et d'astronomie de Tufts, il a étudié la cosmologie théorique, y compris l'énergie sombre, les cordes cosmiques et le multivers, pendant des décennies. Si quelqu'un peut aider à percer le mystère des trous noirs, c'est bien lui.

Vilenkin a récemment donné à Tufts Now un cours intensif pour rendre ces géants cosmiques un peu plus accessibles. Voici trois faits sur les trous noirs pour envelopper votre tête.

Les trous noirs peuvent être énormément incompréhensibles

Les trous noirs sont mesurés par leur taille et leur masse, ou la quantité de matière qu'ils ont. Un trou noir de taille moyenne peut avoir une masse vingt fois supérieure à celle du Soleil. Cependant, l'attraction de la gravité à l'intérieur d'un trou noir est si forte qu'elle condense toute cette masse en une boule d'un diamètre de seulement une vingtaine de kilomètres.

Les trous noirs supermassifs sont les plus grands trous noirs. Vilenkin a déclaré que ces géants peuvent avoir une masse d'un milliard de soleils d'un diamètre de la taille de notre système solaire.

Chaque grande galaxie, y compris la Voie lactée, a au moins un trou noir supermassif en son centre. "En ce qui concerne les trous noirs supermassifs, le nôtre est assez petit. Il ne représente que quelques millions de masses solaires", a-t-il déclaré.

Le plus petit trou noir enregistré est pratiquement minuscule: il fait à peine quatre fois la masse de notre soleil.

Les trous noirs peuvent fusionner

Les trous noirs qui sont proches les uns des autres ont tendance à se rapprocher, a déclaré Vilenkin. "Ce qui se passe, c'est que ces trous noirs s'attachent les uns aux autres, gravitationnellement, et commencent à tourner les uns sur les autres. Ils forment un système binaire, et au fur et à mesure qu'ils tournent, ils perdront progressivement leur énergie par rayonnement gravitationnel. Ils se rapprochent de plus en plus ensemble et tournent autour de plus en plus vite. Finalement, ils fusionnent ", at-il dit.

Jusqu'à présent, les collisions de trous noirs supermassifs n'ont pas été observées, mais les astronomes ont observé des collisions de trous noirs beaucoup plus petits, a déclaré Vilenkin.

Nous ne pouvons pas voir une telle collision à travers un télescope, quelle que soit sa puissance, car aucune lumière ne peut s'échapper d'un trou noir. Cependant, en utilisant des instruments très sensibles – et très grands – appelés détecteurs d'ondes gravitationnelles, les scientifiques peuvent détecter et mesurer les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs. Les vagues sont comme des ondulations dans l'espace-temps (plus à ce sujet dans un peu), et les données recueillies racontent ce qui se passe à des millions ou des milliards d'années-lumière.

"Les ondes gravitationnelles émises alors que les trous noirs sont juste en orbite autour de leurs systèmes binaires sont généralement trop faibles pour être détectées. Mais cette dernière dose de rayonnement lorsque les trous noirs sont sur le point de fusionner, et quand ils finissent par fusionner pour former un trou noir plus grand , a été observée à plusieurs reprises ", a-t-il déclaré.

Les salves de rayonnement gravitationnel durent très peu de temps, mais elles se présentent selon un certain schéma. Lorsque les astronomes voient ce modèle, a déclaré Vilenkin, ils peuvent l'identifier comme une collision de trous noirs et déterminer leurs masses et leur distance. En septembre 2019, la NASA a annoncé que les astronomes avaient repéré trois trous noirs supermassifs sur une trajectoire de collision dans un système situé à environ un milliard d'années-lumière de la Terre.

Les trous noirs ont un point de non-retour

Les trous noirs ont ce qu'on appelle un horizon d'événements. Considérez cela comme la surface du trou noir. Rien ne peut s'échapper sous la surface, y compris la lumière. Alors, que se passe-t-il lorsque, par exemple, un vaisseau spatial traverse l'horizon des événements?

"Supposons que le vaisseau spatial nous envoie des impulsions lumineuses à l'approche du trou noir. À mesure que le vaisseau spatial s'approche de l'horizon des événements, les impulsions deviendront de plus en plus faibles et les intervalles entre elles s'allongeront de plus en plus", a déclaré Vilenkin. "Comme le vaisseau spatial se rapproche de l'horizon des événements, nous le voyons comme s'il était gelé. Nous ne verrons jamais le vaisseau spatial passer réellement sous l'horizon des événements parce que la lumière ne peut pas s'échapper de dessous."

Et les voyageurs dans le vaisseau spatial? Vilenkin a déclaré que lorsque le vaisseau spatial approche de l'horizon des événements, ils ne remarqueraient rien de particulier et ils nous verraient toujours. Cependant, une fois qu'ils traversent l'horizon des événements, c'est un point de non-retour. Vous ne pouvez pas vous retourner et sortir. Vous ne pouvez vous déplacer que vers le centre du trou noir, a-t-il dit.

La gravité deviendra de plus en plus forte, et puisque la gravité étire les choses dans une direction, le vaisseau spatial sera spaghettifié. "Finalement, ce vaisseau spatial atteindra le point central, qui est appelé la singularité. La singularité est, mathématiquement, où la gravité devient infiniment forte, donc la courbure de l'espace-temps devient infinie. Nous ne pouvons pas vraiment dire ce qui se passe exactement dans la singularité, mais le vaisseau spatial et tout à l'intérieur sera détruit bien avant que le navire n'atteigne la singularité ", a déclaré Vilenkin.


Mesurer la rotation d'un trou noir


Fourni par
Université Tufts

Citation:
Explication: un cosmologiste théorique décrit la taille réelle des grands trous noirs et le «point de non-retour» (2020, 30 juin)
récupéré le 30 juin 2020
sur https://phys.org/news/2020-06-theoretical-cosmologist-large-black-holes.html

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