Réactions nucléaires, accidents stellaires. Voici comment naît un trou noir

Imaginez-vous enfermé dans un placard. Tout est sombre, totalement noir. Devant vous, vous avez une chemise, noire aussi. Si nous vous demandions de le décrire, la réaction serait évidente: «Comment faites-vous? Vous ne le voyez pas ». Réponse logique. La semaine dernière (lire ici) nous avons rompu avec cette hypothèse: i trous noirs ce sont des corps célestes complètement noirs, immergés dans l'espace interstellaire (noir aussi). Bref, c'est la chemise de notre garde-robe. Pourtant, bien que nous ne puissions pas les «voir», nous pouvons dire qu'ils existent. Comment est-ce possible?
L'explication se trouve dans les équations de la relativité générale, à travers lesquelles nous pouvons simuler les mouvements des étoiles et d'autres objets autour d'un trou noir. En observant des mouvements compatibles avec ces équations, on peut conclure qu'il existe un trou noir. Autrement dit, nous «voyons» le trou noir parce que nous reconnaissons l'effet de son attraction gravitationnelle sur les objets qui passent à proximité. Dans un certain sens, cela revient à se demander: comment savoir si un objet est un aimant ou non? La théorie du magnétisme dit que si nous rapprochons un objet métallique d'un aimant, il est attiré. Ici, tout comme nous découvrons qu'un objet est un aimant «voyant» l'effet de son champ magnétique sur des objets métalliques, nous découvrons que dans une certaine région de l'espace il y a un trou noir «voyant» l'effet de son champ gravitationnel sur corps célestes La différence est que nous pouvons également voir l'aimant avec nos yeux, tandis que le trou noir ne le fait pas, étant donné que - en plus d'en avoir (heureusement) un accroché au réfrigérateur - ils sont confondus avec l'espace interstellaire. Comme nous l'avons dit dans article précédenten fait, un trou noir ne produit pas de lumière comme eux étoilesil ne le reflète pas non plus planètes. Malgré cela, il y a presque un an, la «première image d'un trou noir» a été annoncée au monde (Regardez).

Ce résultat étonnant est le résultat d'années et d'années de travail d'une collaboration mondiale de scientifiques qui s'appelle «Télescope Horizon événementiel", les télescope pour photographier l'horizon des événements. Mais si le trou noir n'émet pas de lumière, quelle lumière a été imprimée sur le «film» du télescope? Encore une fois, nous parlons de la lumière émise par quelque chose qui orbite autour du trou noir. Mais ce qui rend cette photo si importante et étonnante, c'est que la lumière captée est celle émise par le plasma qui se forme très près de l'horizon des événements. Si près que dans l'image, nous pouvons vraiment voir un cercle noir entouré de plasma. Ce cercle noir est l'horizon des événements du trou noir au centre de M87, une galaxie à 53 millions d'années-lumière de la Terre! le trou noir photographié a une masse égale à 6 milliards de fois celle du soleil! Des chiffres fous!

Un autre outil disponible pour observer les trous noirs est celui des ondes gravitationnelles. Pour bien expliquer ce qu'ils sont, nous aurions besoin d'un article complet. Il est cependant intéressant de mentionner qu’en observant les ondes gravitationnelles un trou noir a été «d'abord» vu pour se former.

(Dans la vidéo la simulation du trou noir photographié par le télescope Télescope Horizon événementiel)

Et cela nous amène à une autre question intéressante: comment se produit un trou noir? Les processus possibles que nous connaissons sont essentiellement trois. Dans le premier, le trou noir est le produit final de la vie d'une très grande étoile. Voyons comment. Chaque corps céleste, en raison de la gravitation, a tendance à s'effondrer sur lui-même. Cela n'arrive pas à une étoile parce que les réactions nucléaires qui s'y produisent ont tendance à la faire exploser, contrebalançant l'effondrement gravitationnel. Cependant, lorsque le carburant (hydrogène) s'épuise, l'étoile ne brûle plus et commence à s'effondrer jusqu'à ce qu'en raison d'une réaction particulière, elle explose en expulsant une grande partie du matériau externe. Il ne reste donc que le noyau, incapable de produire de nouvelles réactions nucléaires. Selon sa masse, le noyau formera différents types de corps célestes de très haute densité: naines blanches, étoiles à neutrons ou pulsars. Si la masse est supérieure à environ 3 fois la masse du soleil, le noyau s'effondrera sous son poids jusqu'à ce qu'il franchisse la célèbre barrière à sens unique pour former un horizon d'événements et, par conséquent, un trou noir.

(Dans la vidéo, la simulation de deux étoiles à neutrons formant un trou noir)

Le deuxième scénario est dû aux fluctuations de densité dans les premiers moments de la vie duUnivers: ceux-ci sont appelés trous noirs primordiaux, mais nous en savons très peu sur eux pour les étudier ici. Le troisième processus, qui est celui à partir duquel ce détour a commencé, est donné par deux étoiles à neutrons qui «s'enroulent» l'une autour de l'autre jusqu'à ce qu'elles entrent en collision. Le produit de cette collision spectaculaire est une étoile à neutrons très lourde (plus de 3 masses solaires) qui s'effondre presque instantanément pour former un trou noir. En 2017, les expériences LIGO en Amérique et VIRGO à Cascina (Pise) ont détecté le premier signal d'onde gravitationnelle compatible avec ce processus d'entraînement.

Dans le premier article de cette nouvelle série, nous avons compris que ce qui définit un trou noir, c'est son horizon d'événements, une surface sphérique immatérielle au-delà de laquelle même la lumière est destinée à se déplacer vers le centre. Aujourd'hui, nous comprenons qu'un trou noir il est formé par l'effondrement d'étoiles de masse ou par le choc d'étoiles à neutrons qui n'auraient pas formé un trou noir par elles-mêmes. La question qui pourrait se poser est: mais qu'advient-il de l'étoile qui s'est effondrée au-delà de l'horizon des événements, ainsi que de tout ce qui tombe dans un trou noir et ne peut plus en sortir? Ou en d'autres termes, qu'y a-t-il à l'intérieur d'un trou noir? Comme ils le diraient dans la meilleure série: vous le saurez dans le prochain épisode.

Souhaitez-vous qu'un article traite d'un sujet qui vous intéresse? écrire à [email protected]