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ActualitéLes choses les plus effrayantes de l'univers sont les trous noirs - voici pourquoi

Les choses les plus effrayantes de l'univers sont les trous noirs - voici pourquoi

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Tomber dans un trou noir est de loin la pire façon de mourir.

Halloween est un moment hanté par les fantômes, les gobelins et les goules, mais rien dans l'univers n'est plus effrayant qu'un trou noir.

Les trous noirs - des régions de l'espace où la gravité est si forte que rien ne peut s'échapper - sont un sujet brûlant dans l'actualité ces jours-ci. La moitié de la Prix ​​Nobel de physique 2020 a été décerné à Roger Penrose pour ses travaux mathématiques montrant que les trous noirs sont une conséquence incontournable de la théorie de la gravité d'Einstein. Andrea Ghez et Reinhard Genzel ont partagé l'autre moitié pour montrer que un trou noir massif se trouve au centre de notre galaxie.

Les trous noirs sont effrayants pour trois raisons. Si vous tombiez dans un trou noir laissé à la mort d'une étoile, vous seriez déchiqueté. De plus, les trous noirs massifs observés au centre de toutes les galaxies ont des appétits insatiables. Et les trous noirs sont des endroits où les lois de la physique sont oblitérées.

J'étudie les trous noirs depuis plus de 30 ans. En particulier, Je me suis concentré sur les trous noirs supermassifs qui se cachent au centre des galaxies. La plupart du temps, ils sont inactifs, mais lorsqu'ils sont actifs et mangent des étoiles et du gaz, la région proche du trou noir peut éclipser toute la galaxie qui les héberge. Les galaxies où les trous noirs sont actifs sont appelées quasars. Avec tout ce que nous avons appris sur les trous noirs au cours des dernières décennies, il reste encore de nombreux mystères à résoudre.

Disque de matière entourant un trou noir supermassif
Vue d'artiste d'un disque de matière entourant un trou noir supermassif. Crédit : ESA/Hubble, M. Kornmesser

Mort par trou noir

Des trous noirs devraient se former lorsqu'une étoile massive meurt. Une fois le combustible nucléaire de l'étoile épuisé, son noyau s'effondre à l'état de matière le plus dense imaginable, cent fois plus dense qu'un noyau atomique. C'est si dense que les protons, les neutrons et les électrons ne sont plus des particules discrètes. Comme les trous noirs sont sombres, ils se trouvent lorsque ils orbitent autour d'une étoile normale. Les propriétés de l'étoile normale permettent aux astronomes de déduire les propriétés de son sombre compagnon, un trou noir.

Le premier trou noir à être confirmé a été Cygnus X-1, la source de rayons X la plus brillante de la constellation du Cygne. Depuis lors, environ 50 trous noirs ont été découverts dans des systèmes où une étoile normale orbite autour d'un trou noir. Ce sont les exemples les plus proches d'environ 10 millions qui devraient être dispersés à travers la Voie lactée.

Les trous noirs sont des tombeaux de matière ; rien ne peut leur échapper, pas même la lumière. Les sort de quiconque tombe dans un trou noir serait une douloureuse « spaghettification », une idée popularisée par Stephen Hawking dans son livre "Une brève histoire du temps. " Dans la spaghettification, la gravité intense du trou noir vous séparerait, séparant vos os, vos muscles, vos tendons et même vos molécules. Comme le poète Dante a décrit les mots sur les portes de l'enfer dans son poème Divine Comédie : Abandonnez l'espoir, vous tous qui entrez ici.

Première image d'un trou noir
Une photographie d'un trou noir au centre de la galaxie M87. Le trou noir est délimité par l'émission de gaz chaud tourbillonnant autour de lui sous l'influence d'une forte gravité près de son horizon des événements. Crédit : EHT

Une bête affamée dans chaque galaxie

Au cours des 30 dernières années, les observations avec le Le télescope spatial Hubble ont montré que toutes les galaxies ont des trous noirs en leur centre. Les plus grandes galaxies ont des trous noirs plus gros.

La nature sait comment faire des trous noirs sur une gamme de masses stupéfiante, des cadavres d'étoiles quelques fois la masse du Soleil à des monstres des dizaines de milliards de fois plus massifs. C'est comme la différence entre une pomme et la Grande Pyramide de Gizeh.

L'année dernière encore, les astronomes ont publié le première image d'un trou noir et son horizon des événements, une bête de 7 milliards de masse solaire au centre de la galaxie elliptique M87.

Il est plus de mille fois plus gros que le trou noir de notre galaxie, dont les découvreurs ont décroché le prix Nobel de cette année. Ces trous noirs sont sombres la plupart du temps, mais lorsque leur gravité attire les étoiles et le gaz à proximité, ils se transforment en une activité intense et pompent une énorme quantité de rayonnement. Les trous noirs massifs sont dangereux de deux manières. Si vous vous approchez trop près, l'énorme gravité vous aspirera. Et s'ils sont dans leur phase active de quasar, vous serez explosé par un rayonnement à haute énergie.

Quelle est la luminosité d'un quasar ? Imaginez que vous survolez une grande ville comme Los Angeles la nuit. Les quelque 100 millions de lumières émises par les voitures, les maisons et les rues de la ville correspondent aux étoiles d'une galaxie. Dans cette analogie, le trou noir dans son état actif est comme une source lumineuse de 1 pouce de diamètre au centre-ville de LA qui surpasse la ville d'un facteur de centaines ou de milliers. Les quasars sont les objets les plus brillants de l'univers.

Les trous noirs supermassifs sont étranges

La le plus grand trou noir découvert à ce jour pèse 40 milliards de fois la masse du Soleil, soit 20 fois la taille du système solaire. Alors que les planètes extérieures de notre système solaire orbitent une fois tous les 250 ans, cet objet beaucoup plus massif tourne une fois tous les trois mois. Son bord extérieur se déplace à la moitié de la vitesse de la lumière. Comme tous les trous noirs, les énormes sont protégés de la vue par un horizon des événements. En leurs centres se trouve une singularité, un point de l'espace où la densité est infinie. Nous ne pouvons pas comprendre l'intérieur d'un trou noir parce que les lois de la physique s'effondrent. Le temps se fige à l'horizon des événements et la gravité devient infinie à la singularité.

La bonne nouvelle concernant les trous noirs massifs est que vous pourriez survivre en tombant dedans. Bien que leur gravité soit plus forte, la force d'étirement est plus faible qu'elle ne le serait avec un petit trou noir et cela ne vous tuerait pas. La mauvaise nouvelle est que l'horizon des événements marque le bord du gouffre. Rien ne peut s'échapper de l'intérieur de l'horizon des événements, vous ne pouviez donc pas vous échapper ou rapporter votre expérience.

Selon Stephen Hawking, les trous noirs sont s'évaporant lentement. Dans le futur lointain de l'univers, bien après que toutes les étoiles soient mortes et que les galaxies aient été arrachées à la vue par l'accélération de l'expansion cosmique, les trous noirs seront les derniers objets survivants.

Les trous noirs les plus massifs prendront un nombre inimaginable d'années pour s'évaporer, estimé à 10 à la puissance 100, ou 10 avec 100 zéros après. Les objets les plus effrayants de l'univers sont presque éternels.

Écrit par Chris Impey, professeur émérite universitaire d'astronomie, Université de l'Arizona

Initialement publié sur The Conversation.

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