Principal Espace Que sont les trous noirs? Les faits, les théories et la confusion sur la façon dont les trous noirs se forment et se comportent

Que sont les trous noirs? Les faits, les théories et la confusion sur la façon dont les trous noirs se forment et se comportent



Entendez les mots «trou noir» et vous penserez peut-être à un vortex en rotation, aspirant tout dans sa gueule comme votre oncle lors d'un buffet de mariage. Vous pouvez imaginer une étoile tirée vers elle comme un morceau de spaghetti, battant autour du vide jusqu'à ce qu'elle disparaisse. La réalité n’est ni aussi simple ni aussi délicieuse. Voici notre introduction.

Que sont les trous noirs? Les faits, les théories et la confusion sur la façon dont les trous noirs se forment et se comportent

Qu'est-ce qu'un trou noir?

Les trous noirs ont confondu les physiciens pendant des siècles, mais une simple description serait une zone de l'espace-temps qui a une gravité si forte que même la lumière ne peut pas échapper à son attraction.

L’une des premières choses à comprendre à propos des trous noirs est qu’ils ne sont pas un espace vide, mais plutôt de la matière compactée en une très petite zone. Un trou noir peut avoir la masse de 20 étoiles, par exemple, mais seulement la taille du centre de Londres. Cette densité fait des choses étranges aux lois du temps et de l'espace, l'une d'entre elles étant l'apparition d'une barrière théorique appelée l'horizon des événements.

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Dans la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, l’horizon des événements est un point de non-retour. Au fur et à mesure qu'un objet se rapproche de l'horizon des événements, de plus en plus de chemins empruntés par ses particules se plient vers le trou noir. Une fois l'horizon des événements franchi, la déformation de l'espace-temps devient si grande qu'il n'y a aucun moyen pour les particules de se déplacer vers l'extérieur.

C'est le point où le trou devient noir, lorsque la lumière est incapable de s'échapper d'être tirée vers l'avant, vers l'avant, vers une singularité gravitationnelle; un point où l'espace-temps est devenu tellement déformé, sa courbure est infinie. Ici, toutes les lois de la physique telles que nous les comprenons sont jetées par la fenêtre. Personne ne sait vraiment ce qui se passe à la singularité.

Quelle est la taille des trous noirs?

Il existe quatre classes de trous noirs, bien que deux d'entre elles soient hypothétiques. À l'extrémité supérieure du spectre se trouvent des trous noirs supermassifs, censés résider au centre de la plupart des galaxies. Celui de notre propre Voie Lactée, connu sous le nom de Sagittaire A *, aurait la masse de 4 millions de soleils avec un horizon d'événements qui s'étend sur 44 millions de kilomètres.

À l'extrémité inférieure du spectre se trouve le micro trou noir, qui pourrait être aussi petit qu'un seul atome, bien que nous n'en ayons pas encore mesuré un de cette taille. Entre ces deux, il y a des trous noirs hypothétiques de masse intermédiaire et des trous noirs stellaires - créés par l'effondrement d'étoiles avec environ trois fois ou plus la masse de notre soleil.black_hole_nasa

(Impression d'artistes du trou noir stellaireCygnus X-1. Crédit:NASA / CXC / M.Weiss)

Une autre catégorie possible intrigante est le trou noir primordial, proposé pour la première fois par Stephen Hawking en 1971. Ces trous noirs hypothétiques auraient pu se former lors de la naissance de l'univers, avant que les étoiles ne naissent, et peuvent contenir des explications cruciales sur l'existence de la matière noire. .

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Les efforts pour les trouver ont jusqu'à présent échoué, même si cela pourrait changer grâce au partenariat Ligo-Virgo et à sa détection des ondes gravitationnelles. Être capable de détecter des ondulations dans le tissu de l'espace-temps pourrait ouvrir la voie à d'autres enquêtes, en remontant dans le temps pour les fusions de trous noirs qui précèdent les étoiles.

Que m'arriverait-il si je tombais dans un trou noir?

Si vous avez eu la malchance de vous retrouver aspiré dans un trou noir (ma commisération), des choses étranges vont vous arriver, et des choses encore plus étranges vont arriver à quelqu'un qui vous regarde à distance de sécurité.

Ce qui se passe quand un objet franchit l’horizon des événements n’est pas facilement compréhensible, et c’est parce que c’est à ce moment que deux modèles de physique différents - la mécanique quantique et la relativité générale - se contredisent.

Il y a une excellente description de ce quadrum - appelé le paradoxe de l'information du trou noir - par Amanda Gefter pour leBBC . L'essentiel est le suivant: pour quelqu'un qui vous regarde franchir l'horizon des événements, vous seriez lentement effacé par la distorsion de l'espace, le ralentissement du temps et la chaleur du rayonnement des Hawkings - quelque chose qui finira par dissiper le trou noir.

Alors tu es mort, non? Pas exactement. Selon la relativité générale, vous passeriez en fait à travers l'horizon des événements, sans remarquer les effets de la gravité parce que vous seriez en chute libre (quelque chose qu'Einstein a appelé son pensée la plus heureuse ), basculant vers la singularité.

Mais comment pouvez-vous voyager dans l'espace et être brûlé en même temps? Ce dilemme survient parce que la physique quantique dit que l'information ne peut pas être perdue et que votre corps doit donc rester en dehors de l'horizon. Cependant, si vous ne franchissez pas l’horizon des événements, vous violerez les lois de la relativité générale. Les scientifiques ont postulé un certain nombre de solutions pour réconcilier ces lois contradictoires de la nature, mais le paradoxe est un point d'interrogation permanent au cœur de la physique.

En ce qui concerne les trous noirs, ce n’est pas seulement la lumière qui ne peut pas s’échapper, mais aussi le cerveau de générations de penseurs.

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Crédit d'image principale: Wikimedia Commons

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