Un trou noir
Un trou noir est un endroit dans l'espace où la gravité attire tellement que même la lumière ne peut pas en sortir. La gravité est si forte parce que la matière a été comprimée dans un espace minuscule. Cela peut arriver quand une étoile est en train de mourir.
Un trou noir :
Un trou noir est un endroit dans l'espace où la gravité attire tellement que même la lumière ne peut pas en sortir. Parce qu'aucune lumière ne peut sortir, les trous noirs sont invisibles à l'oeil. Les télescopes spatiaux avec des outils spéciaux peuvent aider à trouver des trous noirs. Les outils spéciaux peuvent voir comment les étoiles très proches des trous noirs agissent différemment des autres étoiles.
Généralités
Les trous noirs sont des régions de l'espace où une énorme quantité de masse est contenue dans un volume minuscule. Cela crée une attraction gravitationnelle si forte que même la lumière ne peut s'échapper. Ils sont créés lors de l'effondrement d'étoiles géantes, et peut-être par d'autres méthodes encore inconnues.
Les trous noirs fascinent à la fois le public et les scientifiques - ils repoussent les limites de notre compréhension de la matière, de l'espace et du temps.
Les trous noirs sont constitués de matière tellement serrée que la gravité l'emporte sur toutes les autres forces.
La surface d'un trou noir, appelée horizon des événements, définit la limite où la vitesse nécessaire pour s'échapper dépasse la vitesse de la lumière, qui est la limite de vitesse du cosmos. La matière et le rayonnement tombent dedans, mais ils ne peuvent pas sortir.
Les trous noirs sont créés lorsque des étoiles massives s'effondrent à la fin de leur vie (et peut-être dans d'autres circonstances que nous ne connaissons pas encore.) L'un des premiers pas vers la découverte des trous noirs a été fait par le professeur de l'Université de Chicago et le prix Nobel lauréat Subrahmanyan Chandrasekhar, lorsqu'il s'est rendu compte que les étoiles massives devraient s'effondrer après avoir manqué de carburant pour les réactions de fusion qui les maintiennent chaudes et brillantes.
L'univers est rempli de trous noirs. Au cours de la dernière décennie, les scientifiques ont détecté les signaux de leurs collisions et pris des images de la lumière du gaz tourbillonnant autour d'eux, ce qui a permis d'apprendre beaucoup de choses sur l'univers. Par exemple, les trous noirs ont aidés à tester la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui décrit comment la masse, l'espace et le temps sont liés les uns aux autres.
Le trou noir supermassif au centre de notre propre galaxie, la Voie Lactée, a peut-être joué un rôle dans la façon dont la Terre s'est formée.
Détails
Deux classes principales de trous noirs ont été largement observées. Des trous noirs de masse stellaire avec trois à des dizaines de fois la masse du Soleil sont répartis dans notre galaxie de la Voie Lactée, tandis que des monstres supermassifs pesant de 100 000 à des milliards de masses solaires se trouvent au centre de la plupart des grandes galaxies, y compris la nôtre.
Les astronomes soupçonnaient depuis longtemps une classe intermédiaire appelée trous noirs de masse intermédiaire, pesant de 100 à plus de 10 000 masses solaires. Alors qu'une poignée de candidats ont été identifiés avec des preuves indirectes.
L'exemple le plus convaincant à ce jour est survenu le 21 mai 2019, lorsque l'Observatoire d'interféromètre laser à ondes gravitationnelles (LIGO) de la National Science Foundation, situé à Livingston, Louisiane, et Hanford, Washington, a détecté des ondes gravitationnelles provenant d'une fusion de deux trous noirs de masse stellaire. Cet événement, baptisé GW190521, a abouti à un trou noir pesant 142 soleils.
Le trou noir Cygnus X-1 absorbant une étoile bleue :
Le trou noir Cygnus X-1 s'est formé lorsqu'une grande étoile s'est effondrée. Ce trou noir extrait la matière de l'étoile bleue à côté de lui.
Un trou noir de masse stellaire se forme lorsqu'une étoile de plus de 20 masses solaires épuise le combustible nucléaire dans son noyau et s'effondre sous son propre poids. L'effondrement déclenche une explosion de supernova qui souffle sur les couches externes de l'étoile. Mais si le noyau écrasé contient plus d'environ trois fois la masse du Soleil, aucune force connue ne peut arrêter son effondrement en un trou noir.
L'origine des trous noirs supermassifs est mal connue, mais nous savons qu'ils existent depuis les tout premiers jours de la vie d'une galaxie. Une fois nés, les trous noirs peuvent se développer en accrétant la matière qui y tombe, y compris le gaz extrait des étoiles voisines et même d'autres trous noirs.
Le premier trou noir observé :
La première image d'un trou noir a été réalisée à partir d'observations du centre de la galaxie Messier 87 (M87) prises par le télescope Event Horizon. L'image montre un anneau brillant formé lorsque la lumière se courbe dans l'intense gravité autour d'un trou noir de 6,5 milliards de fois la masse du Soleil. L'astronome français Charles Messier découvrit M87 en 1781 et la catalogua comme une nébuleuse.
Une autre découverte importante liée aux trous noirs est survenue en 2015 lorsque les scientifiques ont détecté pour la première fois des ondes gravitationnelles, des ondulations dans le tissu de l'espace-temps prédites un siècle plus tôt par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.
LIGO a détecté les ondes d'un événement appelé GW150914, où deux trous noirs en orbite se sont enroulés l'un dans l'autre et ont fusionné il y a 1,3 milliard d'années. Depuis lors, LIGO et d'autres installations ont observé de nombreuses fusions de trous noirs via les ondes gravitationnelles qu'ils produisent.
Le trou noir Cygnus A :
Les données radio de l'installation Very Large Array de la National Science Foundation ont été utilisées pour construire cette image de Cygnus A, la source radio la plus brillante du ciel située à l'extérieur de notre galaxie. De longs et fins jets de particules produits par un trou noir supermassif au centre de la galaxie sont liés à de vastes lobes où des électrons rapides piégés par des champs magnétiques émettent des ondes radio. D'un bout à l'autre, la structure s'étend sur un demi-million d'années-lumière.
Ce sont de nouvelles méthodes passionnantes, mais les astronomes étudient les trous noirs à travers les différentes formes de lumière qu'ils émettent depuis des décennies. Bien que la lumière ne puisse pas s'échapper de l'horizon des événements d'un trou noir, les énormes forces de marée dans son voisinage font chauffer la matière à proximité à des millions de degrés et émettent des ondes radio et des rayons X.
Une partie de la matière en orbite encore plus proche de l'horizon des événements peut être projetée, formant des jets de particules se déplaçant à une vitesse proche de la lumière qui émettent des rayons radio, X et gamma. Les jets des trous noirs supermassifs peuvent s'étendre sur des centaines de milliers d'années-lumière dans l'espace.
Les télescopes spatiaux Hubble, Chandra, Swift, NuSTAR et NICER de la NASA, ainsi que d'autres missions, continuent de mesurer les trous noirs et leurs environnements afin d'en apprendre davantage sur ces objets énigmatiques et leur rôle dans l'évolution des galaxies et de la univers au sens large.
Taille d'un trou noir
Les trous noirs peuvent être grands ou petits. Les scientifiques pensent que les plus petits trous noirs sont aussi petits qu'un seul atome. Ces trous noirs sont très petits mais ont la masse d'une grande montagne. La masse est la quantité de matière, ou "truc", dans un objet.
Un autre type de trou noir est appelé "stellaire". Sa masse peut être jusqu'à 20 fois supérieure à la masse du soleil. Il peut y avoir de très nombreux trous noirs de masse stellaire dans la galaxie terrestre. La galaxie terrestre s'appelle la Voie Lactée.
Les plus grands trous noirs sont dits "supermassifs". Ces trous noirs ont des masses supérieures à 1 million de soleils ensemble. Les scientifiques ont trouvé la preuve que chaque grande galaxie contient un trou noir supermassif en son centre. Le trou noir supermassif au centre de la galaxie de la Voie lactée s'appelle Sagittarius A*. Il a une masse égale à environ 4 millions de soleils et tiendrait à l'intérieur d'une très grosse boule pouvant contenir quelques millions de Terres.
Un trou noir supermassif de la Voie Lactée :
Vue actuelle de la galaxie de la Voie lactée. Des preuves scientifiques montrent qu'au milieu de la Voie lactée se trouve un trou noir supermassif.
Formation
Les scientifiques pensent que les plus petits trous noirs se sont formés lorsque l'univers a commencé.
Les trous noirs stellaires se forment lorsque le centre d'une très grosse étoile tombe sur lui-même ou s'effondre. Lorsque cela intervient, cela provoque une supernova. Une supernova est une étoile qui explose et propulse une partie de l'étoile dans l'espace.
Les scientifiques pensent que les trous noirs supermassifs ont été créés en même temps que la galaxie dans laquelle ils se trouvent.
Une façon de créer un trou noir consiste à faire s'effondrer une étoile massive à la fin de sa vie. Le professeur Subrahmanyan Chandrasekhar a été le premier à calculer que lorsqu'une étoile massive brûle tout son carburant, elle s'effondrera. L'idée a d'abord été ridiculisée, mais d'autres scientifiques ont calculé que l'étoile continue de tomber indéfiniment vers son centre, créant ainsi ce que nous avons appelé un trou noir.
Les trous noirs peuvent devenir plus massifs avec le temps car ils "mangent" du gaz, des étoiles, des planètes et même d'autres trous noirs (par collision par exemple).
Il existe un autre type de trou noir appelé trou noir supermassif. Ceux-ci sont bien trop massifs pour avoir été créés par l'effondrement d'une étoile; c'est encore un mystère comment ils se forment.
Les trous noirs peuvent manger d'autres trous noirs, il est donc possible que les trous supermassifs soient constitués de nombreux petits trous noirs fusionnés. Ou peut-être que ces grands trous noirs étaient particulièrement affamés et ont tellement "mangé" de leur environnement qu'ils ont atteint une taille énorme. Mais nous pouvons voir ces trous noirs supermassifs formés très tôt dans l'univers - peut-être trop tôt pour avoir été créés par des étoiles assez vieilles pour s'effondrer - il est donc possible qu'il existe un autre moyen de créer un trou noir que nous ne connaissons pas encore.
Détermination de leur existence
Un trou noir ne peut pas être vu car une forte gravité attire toute la lumière au milieu du trou noir. Mais les scientifiques peuvent voir comment la forte gravité affecte les étoiles et le gaz autour du trou noir. Les scientifiques peuvent étudier les étoiles pour savoir si elles volent autour ou en orbite autour d'un trou noir.
Lorsqu'un trou noir et une étoile sont proches l'un de l'autre, une lumière à haute énergie est produite. Ce type de lumière ne peut pas être vu avec des yeux humains. Les scientifiques utilisent des satellites et des télescopes dans l'espace pour voir la lumière à haute énergie.
La NASA utilise des satellites et des télescopes qui voyagent dans l'espace pour en savoir plus sur les trous noirs. Ces engins spatiaux aident les scientifiques à répondre à des questions sur l'univers.
Les trous noirs sont un peu comme un terrain de jeu pour les physiciens. Ils sont littéralement faits d'espace et de temps. Parce qu'ils sont si extrêmes, ils sont l'endroit idéal pour tester les limites des règles de l'univers.
Intérieur d'un trou noir
Qu'y a-t-il à l'intérieur d'un trou noir ? La réponse courte est que personne ne le sait ! D'une certaine manière, c'est l'une des questions les plus profondes de la physique. Il n'y a pas beaucoup de cas en physique où nous ne pouvons tout simplement pas prédire ce qui se passe, mais celui-ci en est un.
Collision de deux trous noirs :
Deux trous noirs entrant en collision. Ces collisions cosmiques créent des ondulations dans le tissu de l'espace et du temps, que les scientifiques sont capables de détecter avec les détecteurs LIGO à Washington et en Louisiane.
Les trous noirs ont deux parties. Il y a l'horizon des événements, à considérer comme la surface, bien que ce soit simplement le point où la gravité devient trop forte pour que quoi que ce soit puisse s'échapper. Et puis, au centre, c'est la singularité. C'est le mot utilisé pour décrire un point qui est infiniment petit et infiniment dense.
Une bonne compréhension de ce à quoi ressemble l'horizon des événements existe, grâce aux lois de la relativité générale. Mais à mesure que vous vous rapprochez de la singularité elle-même, nous perdons même la capacité de prédire à quoi elle ressemble.
Très près de la singularité, on s'attendrait à ce que les effets quantiques deviennent importants. Cependant, il n'y a pas encore de théorie quantique de la gravité (ou, du moins, une capable de faire de telles prédictions de manière fiable), donc la description correcte de la singularité reste inconnue, voire même s'il s'agit vraiment d'une singularité.
Les scientifiques pensent que les trous noirs finiront par exploser, mais cela prendra beaucoup, beaucoup plus de temps que l'âge actuel de l'univers pour que cela intervienne. À quoi cela ressemblera-t-il lorsque cela interviendra ? C'est un autre grand mystère.
Peut-être qu'il reste une petite pépite contenant toutes les informations qui sont tombées dans le trou noir, peut-être qu'il y a un portail vers un nouvel univers, peut-être que l'information a disparu pour toujours; nous ne savons tout simplement pas.
Trou noir supermassif
Il existe deux types de trous noirs : les trous noirs de la taille d'une étoile et les trous noirs supermassifs.
Les trous noirs supermassifs sont ainsi nommés parce qu'ils contiennent de l'ordre de millions à des milliards de fois la masse de notre soleil.
Pour autant que nous sachions, presque toutes les galaxies de l'univers ont un de ces trous noirs supermassifs assis en son centre comme une graine. Et ils sont corrélés : une plus grande galaxie a un plus grand trou noir, et une plus petite galaxie a un plus petit trou noir. Tout cela fait penser aux scientifiques que ces trous noirs supermassifs ont quelque chose à voir avec la formation des galaxies. Mais cette relation reste un mystère, tout comme la façon dont les trous noirs supermassifs se sont formés en premier lieu.
Trou noir Sagittarius A :
Sagittarius A* est le trou noir au centre de la galaxie de la Voie Lactée.
"Notre" trou noir supermassif "de voisinage", celui au centre de notre propre galaxie, la Voie lactée, est appelé Sagittarius A* (prononcez A-star). Il mesure environ 15 millions de kilomètres de diamètre et contient l'équivalent de 4 millions de soleils de masse. Ne vous inquiétez pas; c'est beaucoup trop loin pour représenter un danger pour la Terre.
Est-ce qu'un trou noir pourrait détruire la Terre ?
Les trous noirs ne se promènent pas dans l'espace en mangeant des étoiles, des lunes et des planètes. La Terre ne tombera pas dans un trou noir car aucun trou noir n'est suffisamment proche du système solaire pour que la Terre le fasse.
Même si un trou noir de la même masse que le soleil devait prendre la place du soleil, la Terre ne tomberait toujours pas dedans. Le trou noir aurait la même gravité que le soleil. La Terre et les autres planètes orbiteraient autour du trou noir comme elles orbitent actuellement autour du soleil.
Le soleil ne se transformera jamais en un trou noir. Le soleil n'est pas une étoile assez grosse pour faire un trou noir.
En rapport avec "trou noir"
Un astre est un corps céleste qui existe en dehors de l'atmosphère terrestre, indépendamment de sa nature (étoile, planète, astéroïdes, galaxie, etc.).
Le soleil est la grosse étoile au coeur du système solaire. L'astre de lumière, de type naine jaune, contient 99,8 % de la masse du système solaire qu'il forme...
Le système solaire est une région de l'Univers formée du Soleil avec toutes les planètes et autres corps célestes qui tournent autour de lui.
La Voie lactée est une galaxie spirale barrée d'environ 13,6 milliards d'années avec de grands bras pivotants s'étendant à travers le cosmos.