Avez-vous déjà vu un sol passer l'aspirateur ? Si oui, avez-vous remarqué comment l'aspirateur aspire la poussière et les petits débris comme des bouts de papier ? Bien sûr, ils l’ont remarqué. Les trous noirs font à peu près la même chose qu’un aspirateur, mais au lieu de poussière, ils préfèrent aspirer des objets plus gros : étoiles et planètes. Cependant, poussière cosmique ils ne dédaigneront pas.

Comment apparaissent les trous noirs ?

Pour comprendre d’où viennent les trous noirs, il serait bien de savoir ce qu’est la pression lumineuse. Il s'avère que la lumière tombant sur les objets exerce une pression sur eux. Par exemple, si nous allumons une ampoule dans une pièce sombre, une force de pression lumineuse supplémentaire commencera à agir sur tous les objets éclairés. Cette force est très petite, et en Vie courante nous, bien sûr, ne pourrons jamais le ressentir. La raison en est qu’une ampoule est une source de lumière très faible. (Dans des conditions de laboratoire, la pression lumineuse d'une ampoule peut encore être mesurée ; le physicien russe P. N. Lebedev a été le premier à le faire.) Avec les étoiles, la situation est différente. Alors que l’étoile est jeune et brille de mille feux, trois forces s’affrontent en son sein. D'une part, la force de gravité, qui tend à comprimer l'étoile en un point, tire les couches externes vers l'intérieur, vers le noyau. D’autre part, il y a la force de pression légère et la force de pression des gaz chauds, tendant à gonfler l’étoile. La lumière produite dans le noyau de l'étoile est si intense qu'elle repousse les couches externes de l'étoile et équilibre la force de gravité en les tirant vers le centre. À mesure qu’une étoile vieillit, son noyau produit de moins en moins de lumière. Cela se produit parce que pendant la vie d'une étoile, toute sa réserve d'hydrogène s'épuise, nous l'avons déjà écrit à ce sujet. Si l’étoile est très grande, 20 fois plus lourde que le Soleil, alors ses enveloppes externes ont une masse très importante. Par conséquent, dans une étoile lourde, les couches externes commencent à se rapprocher de plus en plus du noyau et l'étoile entière commence à se contracter. Dans le même temps, la force gravitationnelle à la surface de l’étoile en contraction augmente. Plus une étoile se contracte, plus elle commence à attirer la matière environnante. Finalement, la gravité de l'étoile devient si monstrueusement forte que même la lumière qu'elle émet ne peut pas s'échapper. A ce moment l’étoile se transforme en trou noir. Il n’émet plus rien, mais absorbe uniquement tout ce qui se trouve à proximité, y compris la lumière. Pas un seul rayon de lumière n’en sort, donc personne ne peut le voir, et c’est pour cela qu’on l’appelle un trou noir : tout est aspiré et ne revient jamais.

À quoi cela ressemble-t-il trou noir?

Si vous et moi étions à côté d’un trou noir, nous verrions un disque lumineux assez grand tournant autour d’une petite région de l’espace complètement noire. Cette région noire est un trou noir. Et le disque lumineux qui l’entoure est de la matière tombant dans le trou noir. Un tel disque est appelé disque d’accrétion. La gravité d'un trou noir est très forte, donc la matière aspirée à l'intérieur se déplace avec une très forte accélération et de ce fait elle commence à rayonner. En étudiant la lumière provenant d’un tel disque, les astronomes peuvent en apprendre beaucoup sur le trou noir lui-même. Un autre signe indirect de l’existence d’un trou noir est le mouvement inhabituel des étoiles autour d’une certaine région de l’espace. La gravité du trou force les étoiles proches à se déplacer sur des orbites elliptiques. De tels mouvements d'étoiles sont également enregistrés par les astronomes.
Désormais, l’attention des scientifiques se porte sur le trou noir situé au centre de notre galaxie. Le fait est qu’un nuage d’hydrogène d’une masse environ 3 fois supérieure à celle de la Terre s’approche du trou noir. Ce nuage a déjà commencé à changer de forme en raison de la gravité du trou noir, dans les années à venir il s'étirera encore plus et sera entraîné à l'intérieur du trou noir.

Nous ne pourrons jamais voir les processus qui se déroulent à l’intérieur d’un trou noir, nous ne pouvons donc nous contenter que d’observer le disque autour du trou noir. Mais beaucoup de choses intéressantes nous attendent ici aussi. Le phénomène le plus intéressant est peut-être la formation de jets de matière ultra-rapides s’échappant du centre de ce disque. Le mécanisme de ce phénomène reste à élucider, et il est fort possible que l’un d’entre vous élabore une théorie sur la formation de tels jets. Pour l’instant, nous ne pouvons enregistrer que les flashs à rayons X qui accompagnent ces « clichés ».

Cette vidéo montre comment un trou noir capture progressivement la matière d'une étoile proche. Dans ce cas, un disque d'accrétion se forme autour du trou noir et une partie de sa matière est éjectée dans l'espace à des vitesses énormes. Cela génère un grand nombre de Rayonnement X capté par un satellite se déplaçant autour de la Terre.

Comment fonctionne un trou noir ?

Un trou noir peut être divisé en trois parties principales. La partie extérieure, dans laquelle vous pouvez toujours éviter de tomber dans un trou noir si vous vous déplacez à très grande vitesse. Plus profond que la partie extérieure se trouve l'horizon des événements - il s'agit d'une frontière imaginaire, après laquelle le corps perd tout espoir de revenir du trou noir. Tout ce qui se trouve au-delà de l'horizon des événements ne peut pas être vu de l'extérieur, car en raison de la forte gravité, même la lumière venant de l'intérieur ne pourra pas voler au-delà. On pense qu'au centre même d'un trou noir se trouve une singularité - une région de l'espace d'un petit volume dans laquelle est concentrée une énorme masse - le cœur du trou noir.

Est-il possible de voler jusqu'à un trou noir ?

À une grande distance, l’attraction d’un trou noir est exactement la même que l’attraction d’une étoile ordinaire ayant la même masse que le trou noir. À mesure que vous approchez de l’horizon des événements, l’attraction deviendra de plus en plus forte. Par conséquent, vous pouvez voler jusqu'à un trou noir, mais il vaut mieux s'en éloigner pour pouvoir revenir en arrière. Les astronomes ont dû observer comment un trou noir aspirait une étoile proche à l’intérieur. Vous pouvez voir à quoi cela ressemble dans cette vidéo :

Notre Soleil va-t-il se transformer en trou noir ?

Non, ça ne tournera pas. La masse du Soleil est trop petite pour cela. Les calculs montrent que pour devenir un trou noir, une étoile doit être au moins 4 fois plus massive que le Soleil. Au lieu de cela, le Soleil deviendra une géante rouge et gonflera jusqu'à atteindre la taille de l'orbite terrestre avant de se débarrasser de sa coque externe et de devenir une naine blanche. Nous vous en dirons certainement plus sur l’évolution du Soleil.

Les trous noirs sont les seuls corps cosmiques capables d'attirer la lumière par gravité. Ce sont aussi les plus gros objets de l’Univers. Il est peu probable que nous sachions de si tôt ce qui se passe à proximité de leur horizon des événements (connu sous le nom de « point de non-retour »). Ce sont les plus lieux mystérieux notre monde, sur lequel, malgré des décennies de recherche, on sait encore très peu de choses. Cet article contient 10 faits que l'on peut qualifier de plus intrigants.

Les trous noirs n’aspirent pas la matière en eux-mêmes

Beaucoup de gens imaginent un trou noir comme une sorte d’« aspirateur spatial », aspirant l’espace environnant. En fait, les trous noirs sont des objets spatiaux ordinaires dotés d’un champ gravitationnel exceptionnellement fort.

Si un trou noir de même taille apparaissait à la place du Soleil, la Terre ne serait pas attirée, elle tournerait sur la même orbite qu’aujourd’hui. Les étoiles situées à côté des trous noirs perdent une partie de leur masse sous forme de vent stellaire (cela se produit au cours de l'existence de toute étoile) et les trous noirs n'absorbent que cette matière.

L'existence des trous noirs a été prédite par Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild a été le premier à utiliser la théorie de la relativité générale d'Einstein pour prouver l'existence d'un « point de non-retour ». Einstein lui-même n’a pas pensé aux trous noirs, même si sa théorie prédit leur existence.

Schwarzschild a fait sa proposition en 1915, immédiatement après qu'Einstein ait publié sa théorie de la relativité générale. À cette époque, le terme « rayon de Schwarzschild » est apparu - il s'agit d'une valeur qui montre à quel point il faudrait comprimer un objet pour qu'il devienne un trou noir.

Théoriquement, tout peut devenir un trou noir s’il est suffisamment compressé. Plus l’objet est dense, plus le champ gravitationnel qu’il crée est fort. Par exemple, la Terre deviendrait un trou noir si elle avait la masse d’un objet de la taille d’une cacahuète.

Les trous noirs peuvent donner naissance à de nouveaux univers

L’idée que les trous noirs puissent donner naissance à de nouveaux univers semble absurde (d’autant plus qu’on n’est toujours pas sûr de l’existence d’autres univers). Néanmoins, de telles théories sont activement développées par les scientifiques.

Une version très simplifiée de l’une de ces théories est la suivante. Notre monde dispose de conditions extrêmement favorables à l’émergence de la vie. Si l’une des constantes physiques changeait ne serait-ce qu’un peu, nous ne serions pas dans ce monde. La singularité des trous noirs annule les lois habituelles de la physique et peut (selon au moins, en théorie) pour donner naissance à un nouvel univers qui sera différent du nôtre.

Les trous noirs peuvent vous transformer (et n'importe quoi d'autre) en spaghetti

Les trous noirs étirent les objets qui se trouvent à proximité. Ces plats commencent à ressembler à des spaghettis (il y en a même terme spécial- "spaghettification").

Cela se produit en raison du fonctionnement de la gravité. Pour le moment, vos jambes sont plus proches du centre de la Terre que votre tête, elles sont donc plus fortement attirées. À la surface d’un trou noir, la différence de gravité commence à jouer contre vous. Les jambes sont attirées de plus en plus vite vers le centre du trou noir, de sorte que la moitié supérieure du corps ne peut pas les suivre. Résultat : spaghettification !

Les trous noirs s'évaporent avec le temps

Les trous noirs absorbent non seulement le vent stellaire, mais s’évaporent également. Ce phénomène a été découvert en 1974 et a été appelé rayonnement Hawking (du nom de Stephen Hawking, qui a fait la découverte).

Au fil du temps, le trou noir peut libérer toute sa masse dans l’espace environnant avec ce rayonnement et disparaître.

Les trous noirs ralentissent le temps à proximité d'eux

À mesure que vous approchez de l’horizon des événements, le temps ralentit. Pour comprendre pourquoi cela se produit, nous devons examiner le « paradoxe des jumeaux », une expérience de pensée souvent utilisée pour illustrer les points principaux. théorie générale La relativité d'Einstein.

L'un des frères jumeaux reste sur Terre et le second s'envole vers voyage dans l'espace, se déplaçant à la vitesse de la lumière. De retour sur Terre, le jumeau découvre que son frère a vieilli plus que lui parce que le temps passe plus lentement lorsqu'il se rapproche de la vitesse de la lumière.

À mesure que vous approchez de l’horizon des événements d’un trou noir, vous vous déplacerez à une telle vitesse grande vitesse ce temps ralentira pour vous.

Les trous noirs sont les systèmes énergétiques les plus avancés

Les trous noirs génèrent mieux de l’énergie que le Soleil et les autres étoiles. Cela est dû à la matière qui orbite autour d’eux. Traversant l’horizon des événements à une vitesse énorme, la matière en orbite d’un trou noir se réchauffe jusqu’à des températures extrêmement élevées. C’est ce qu’on appelle le rayonnement du corps noir.

A titre de comparaison, la fusion nucléaire convertit 0,7 % de la matière en énergie. Près d’un trou noir, 10 % de la matière devient énergie !

Les trous noirs courbent l'espace qui les entoure

L’espace peut être considéré comme une plaque de caoutchouc étirée sur laquelle sont tracées des lignes. Si vous mettez un objet sur le disque, il changera de forme. Les trous noirs fonctionnent de la même manière. Leur masse extrême attire tout, y compris la lumière (dont les rayons, pour poursuivre l'analogie, pourraient être appelés lignes sur une plaque).

Les trous noirs limitent le nombre d'étoiles dans l'Univers

Les étoiles naissent de nuages ​​de gaz. Pour que la formation des étoiles commence, le nuage doit se refroidir.

Le rayonnement des corps noirs empêche les nuages ​​de gaz de se refroidir et empêche l’apparition des étoiles.

Théoriquement, n’importe quel objet peut devenir un trou noir

La seule différence entre notre Soleil et un trou noir est la force de gravité. Au centre d’un trou noir, il est beaucoup plus fort qu’au centre d’une étoile. Si notre Soleil était comprimé à environ cinq kilomètres de diamètre, il pourrait s’agir d’un trou noir.

Théoriquement, tout peut devenir un trou noir. En pratique, nous savons que les trous noirs se forment uniquement à la suite d'un effondrement d'énormes étoiles, dépassant la masse du Soleil de 20 à 30 fois.

L'Univers sans limites regorge de secrets, d'énigmes et de paradoxes. Bien que science moderne a fait un énorme pas en avant dans l'exploration spatiale, mais une grande partie de ce vaste monde reste incompréhensible à la vision humaine du monde. Nous en savons beaucoup sur les étoiles, les nébuleuses, les amas et les planètes. Cependant, dans l'immensité de l'Univers, il existe des objets dont nous ne pouvons que deviner l'existence. Par exemple, nous savons très peu de choses sur les trous noirs. Les informations et connaissances de base sur la nature des trous noirs sont basées sur des hypothèses et des conjectures. Les astrophysiciens et les scientifiques nucléaires sont aux prises avec ce problème depuis des décennies. Qu'est-ce qu'un trou noir dans l'espace ? Quelle est la nature de tels objets ?

Parler des trous noirs en termes simples

Pour imaginer à quoi ressemble un trou noir, il suffit de voir la queue d’un train entrer dans un tunnel. Les feux de signalisation du dernier wagon diminueront en taille à mesure que le train s'enfonce dans le tunnel jusqu'à disparaître complètement de la vue. En d’autres termes, ce sont des objets où, en raison d’une gravité monstrueuse, même la lumière disparaît. Les particules élémentaires, les électrons, les protons et les photons sont incapables de surmonter la barrière invisible et de tomber dans l'abîme noir du néant, c'est pourquoi un tel trou dans l'espace est appelé noir. Il n’y a pas la moindre zone lumineuse à l’intérieur, l’obscurité totale et l’infini. Ce qu’il y a de l’autre côté du trou noir est inconnu.

Cet aspirateur spatial possède une force gravitationnelle colossale et est capable d’absorber une galaxie entière avec tous les amas et superamas d’étoiles, avec en prime les nébuleuses et la matière noire. Comment est-ce possible? Nous ne pouvons que deviner. Les lois de la physique que nous connaissons dans ce cas sont pleines à craquer et ne fournissent pas d'explication aux processus en cours. L'essence du paradoxe est que dans une partie donnée de l'Univers, l'interaction gravitationnelle des corps est déterminée par leur masse. Le processus d'absorption d'un objet par un autre n'est pas influencé par leur composition qualitative et quantitative. Les particules, ayant atteint un nombre critique dans une certaine zone, entrent dans un autre niveau d'interaction, où les forces gravitationnelles deviennent des forces d'attraction. Un corps, un objet, une substance ou une matière commence à se comprimer sous l'influence de la gravité, atteignant une densité colossale.

Des processus à peu près similaires se produisent lors de la formation d'une étoile à neutrons, où la matière stellaire est comprimée en volume sous l'influence de la gravité interne. Les électrons libres se combinent aux protons pour former des particules électriquement neutres appelées neutrons. La densité de cette substance est énorme. Une particule de matière de la taille d’un morceau de sucre raffiné pèse des milliards de tonnes. Il conviendrait ici de rappeler la théorie de la relativité générale, où l'espace et le temps sont des quantités continues. Par conséquent, le processus de compression ne peut pas être arrêté à mi-chemin et n’a donc aucune limite.

Potentiellement, un trou noir ressemble à un trou dans lequel il peut y avoir une transition d'une partie de l'espace à une autre. Dans le même temps, les propriétés de l’espace et du temps elles-mêmes changent, se transformant en un entonnoir espace-temps. En atteignant le fond de cet entonnoir, toute matière se désintègre en quanta. Qu’y a-t-il de l’autre côté du trou noir, ce trou géant ? Peut-être existe-t-il un autre espace où d’autres lois s’appliquent et où le temps s’écoule dans la direction opposée.

Dans le contexte de la théorie de la relativité, la théorie du trou noir ressemble à ceci. Le point de l’espace où les forces gravitationnelles ont comprimé toute matière à des tailles microscopiques possède une force d’attraction colossale, dont l’ampleur augmente jusqu’à l’infini. Un pli du temps apparaît, et l'espace se courbe, se refermant en un point. Les objets engloutis par un trou noir ne sont pas capables de résister indépendamment à la force de traction de ce monstrueux aspirateur. Même la vitesse de la lumière, que possèdent les quanta, ne permet pas aux particules élémentaires de vaincre la force de gravité. Tout corps qui arrive à un tel point cesse d’être un objet matériel et fusionne avec une bulle spatio-temporelle.

Les trous noirs d'un point de vue scientifique

Si vous vous demandez, comment se forment les trous noirs ? Il n'y aura pas de réponse claire. Il existe de nombreux paradoxes et contradictions dans l'Univers qui ne peuvent être expliqués d'un point de vue scientifique. La théorie de la relativité d'Einstein ne permet qu'une explication théorique de la nature de tels objets, mais la mécanique quantique et la physique restent muettes dans ce cas.

En essayant d'expliquer les processus qui se produisent avec les lois de la physique, l'image ressemblera à ceci. Objet formé à la suite d’une compression gravitationnelle colossale d’un corps cosmique massif ou supermassif. Ce processus est nom scientifique- effondrement gravitationnel. Le terme « trou noir » a été entendu pour la première fois dans la communauté scientifique en 1968, lorsque l'astronome et physicien américain John Wheeler a tenté d'expliquer l'état d'effondrement des étoiles. Selon sa théorie, à la place d'une étoile massive ayant subi un effondrement gravitationnel, un espace spatial et temporel apparaît, dans lequel s'opère une compression toujours croissante. Tout ce dont la star est faite va à l’intérieur d’elle-même.

Cette explication nous permet de conclure que la nature des trous noirs n'a rien à voir avec les processus qui se déroulent dans l'Univers. Tout ce qui se passe à l'intérieur de cet objet ne se reflète en aucune façon sur l'espace environnant avec un « MAIS ». La force gravitationnelle d’un trou noir est si forte qu’elle plie l’espace, provoquant la rotation des galaxies autour des trous noirs. En conséquence, la raison pour laquelle les galaxies prennent la forme de spirales devient claire. On ne sait pas combien de temps il faudra à l’immense galaxie de la Voie lactée pour disparaître dans les abysses d’un trou noir supermassif. Un fait intéressant est que les trous noirs peuvent apparaître n’importe où dans l’espace, où ils sont créés à cet effet. conditions idéales. Un tel repli du temps et de l’espace neutralise les vitesses énormes avec lesquelles les étoiles tournent et se déplacent dans l’espace de la galaxie. Le temps dans un trou noir s'écoule dans une autre dimension. Dans cette région, aucune loi de la gravité ne peut être interprétée en termes de physique. Cet état est appelé singularité d’un trou noir.

Les trous noirs ne présentent aucun signe d'identification externe ; leur existence peut être jugée par le comportement d'autres objets spatiaux affectés par les champs gravitationnels. L’ensemble du tableau d’une lutte à mort se déroule à la frontière d’un trou noir recouvert d’une membrane. Cette surface imaginaire de l’entonnoir est appelée « l’horizon des événements ». Tout ce que nous voyons jusqu’à cette frontière est tangible et matériel.

Scénarios de formation de trous noirs

En développant la théorie de John Wheeler, nous pouvons conclure que le mystère des trous noirs n'est probablement pas en train de se former. La formation d’un trou noir résulte de l’effondrement d’une étoile à neutrons. De plus, la masse d'un tel objet devrait dépasser la masse du Soleil de trois fois ou plus. L’étoile à neutrons rétrécit jusqu’à ce que sa propre lumière ne puisse plus échapper à l’étroite étreinte de la gravité. Il existe une limite à la taille à laquelle une étoile peut rétrécir, donnant ainsi naissance à un trou noir. Ce rayon est appelé rayon gravitationnel. Les étoiles massives au stade final de leur développement devraient avoir un rayon gravitationnel de plusieurs kilomètres.

Aujourd’hui, les scientifiques ont obtenu des preuves indirectes de la présence de trous noirs dans une douzaine d’étoiles binaires à rayons X. Les étoiles à rayons X, les pulsars ou les sursauts n’ont pas de surface solide. De plus, leur masse est supérieure à la masse de trois Soleils. L'état actuel de l'espace extra-atmosphérique dans la constellation du Cygne - l'étoile à rayons X Cygnus X-1, nous permet de retracer le processus de formation de ces objets curieux.

Sur la base de recherches et d'hypothèses théoriques, il existe aujourd'hui en science quatre scénarios pour la formation d'étoiles noires :

• effondrement gravitationnel d'une étoile massive au stade final de son évolution ;
• effondrement de la région centrale de la galaxie ;
• la formation de trous noirs lors du Big Bang ;
• formation de trous noirs quantiques.

Le premier scénario est le plus réaliste, mais le nombre d’étoiles noires que nous connaissons aujourd’hui dépasse le nombre d’étoiles à neutrons connues. Et l’âge de l’Univers n’est pas si grand qu’un tel nombre d’étoiles massives puisse le traverser. processus completévolution.

Le deuxième scénario a droit à la vie, et il existe exemple brillant- le trou noir supermassif Sagittarius A*, niché au centre de notre galaxie. La masse de cet objet est de 3,7 masses solaires. Le mécanisme de ce scénario est similaire au scénario d’effondrement gravitationnel, à la seule différence que ce n’est pas l’étoile qui s’effondre, mais le gaz interstellaire. Sous l’influence des forces gravitationnelles, le gaz est comprimé jusqu’à atteindre une masse et une densité critiques. À un moment critique, la matière se désintègre en quanta, formant un trou noir. Cependant, cette théorie est mise en doute, car des astronomes de l'Université de Columbia ont récemment identifié des satellites du trou noir Sagittarius A*. Il s’est avéré qu’il s’agissait de nombreux petits trous noirs, probablement formés d’une manière différente.

Le troisième scénario est plus théorique et est associé à l’existence de la théorie du Big Bang. Au moment de la formation de l’Univers, une partie de la matière et des champs gravitationnels ont subi des fluctuations. En d’autres termes, les processus ont suivi un chemin différent, sans rapport avec procédés connus mécanique quantique et physique nucléaire.

Le dernier scénario est orienté physique explosion nucléaire. Dans les amas de matière, lors de réactions nucléaires sous l'influence des forces gravitationnelles, une explosion se produit, à la place de laquelle se forme un trou noir. La matière explose vers l'intérieur, absorbant toutes les particules.

Existence et évolution des trous noirs

Ayant une idée approximative de la nature de ces objets spatiaux étranges, autre chose est intéressant. Quelle est la taille réelle des trous noirs et à quelle vitesse grandissent-ils ? La taille des trous noirs est déterminée par leur rayon gravitationnel. Pour les trous noirs, le rayon du trou noir est déterminé par sa masse et est appelé rayon de Schwarzschild. Par exemple, si un objet a une masse égale à la masse de notre planète, alors le rayon de Schwarzschild est dans ce cas de 9 mm. Notre étoile principale a un rayon de 3 km. Densité moyenne un trou noir formé à la place d'une étoile d'une masse de 10⁸ masses solaires sera proche de la densité de l'eau. Le rayon d'une telle formation sera de 300 millions de kilomètres.

Il est probable que ces trous noirs géants soient situés au centre des galaxies. À ce jour, 50 galaxies sont connues, au centre desquelles se trouvent d'immenses puits temporels et spatiaux. La masse de ces géantes équivaut à des milliards de la masse du Soleil. On ne peut qu’imaginer quelle force d’attraction colossale et monstrueuse possède un tel trou.

Quant aux petits trous, ce sont des mini-objets dont le rayon atteint des valeurs négligeables, seulement 10¯¹² cm. La masse de ces miettes est de 10¹⁴g. De telles formations sont apparues à l'époque du Big Bang, mais au fil du temps, elles ont augmenté en taille et s'affichent aujourd'hui en Cosmos comme des monstres. Les scientifiques tentent désormais de recréer les conditions dans lesquelles les petits trous noirs se sont formés sur Terre. À ces fins, des expériences sont menées dans des collisionneurs d'électrons, à travers lesquels particules élémentaires accélère jusqu'à la vitesse de la lumière. Les premières expériences ont permis d'obtenir en laboratoire du plasma quark-gluon - matière qui existait à l'aube de la formation de l'Univers. De telles expériences nous permettent d’espérer qu’un trou noir sur Terre n’est qu’une question de temps. Une autre question est de savoir si une telle réussite de la science humaine ne se transformera pas en un désastre pour nous et pour notre planète. En créant un trou noir artificiel, nous pouvons ouvrir la boîte de Pandore.

Des observations récentes d'autres galaxies ont permis aux scientifiques de découvrir des trous noirs dont les dimensions dépassent toutes les attentes et hypothèses imaginables. L’évolution qui se produit avec de tels objets permet de mieux comprendre pourquoi la masse des trous noirs augmente et quelle est sa véritable limite. Les scientifiques ont conclu que tous les trous noirs connus ont atteint leur taille réelle en 13 à 14 milliards d’années. La différence de taille s'explique par la densité de l'espace environnant. Si un trou noir a suffisamment de nourriture à la portée de ses forces gravitationnelles, il grandit à pas de géant, atteignant une masse de centaines ou de milliers de masses solaires. D'où la taille gigantesque de tels objets situés au centre des galaxies. Un amas massif d'étoiles et d'énormes masses de gaz interstellaire fournissent une nourriture abondante pour la croissance. Lorsque les galaxies fusionnent, les trous noirs peuvent fusionner pour former un nouvel objet supermassif.

À en juger par l'analyse des processus évolutifs, il est d'usage de distinguer deux classes de trous noirs :

• des objets dont la masse est 10 fois supérieure à la masse solaire ;
• objets massifs dont la masse est de centaines de milliers, voire de milliards de masses solaires.

Il existe des trous noirs avec une masse intermédiaire moyenne égale à 100 à 10 000 masses solaires, mais leur nature reste encore inconnue. Il existe environ un objet de ce type par galaxie. L'étude des étoiles à rayons X a permis de trouver deux trous noirs de masse moyenne situés à une distance de 12 millions d'années-lumière dans la galaxie M82. La masse d'un objet varie entre 200 et 800 masses solaires. L'autre objet est beaucoup plus grand et a une masse de 10 à 40 000 masses solaires. Le sort de ces objets est intéressant. Ils sont situés à proximité des amas d’étoiles et sont progressivement attirés par le trou noir supermassif situé dans la partie centrale de la galaxie.

Notre planète et les trous noirs

Malgré la recherche d'indices sur la nature des trous noirs, le monde scientifique s'inquiète de la place et du rôle du trou noir dans le destin de la Voie lactée et, en particulier, dans celui de la planète Terre. Le pli du temps et de l'espace qui existe au centre voie Lactée, absorbe progressivement tous les objets existants autour. Des millions d’étoiles et des milliards de tonnes de gaz interstellaire ont déjà été engloutis dans le trou noir. Au fil du temps, le tour viendra aux bras du Cygne et du Sagittaire, dans lesquels se trouve le système solaire, couvrant une distance de 27 000 années-lumière.

L’autre trou noir supermassif le plus proche est situé dans la partie centrale de la galaxie d’Andromède. Elle se trouve à environ 2,5 millions d'années-lumière de nous. Probablement, avant que notre objet Sagittarius A* n’engloutisse sa propre galaxie, nous devrions nous attendre à une fusion de deux galaxies voisines. En conséquence, deux trous noirs supermassifs fusionneront en un seul, de taille terrible et monstrueuse.

Les petits trous noirs sont une tout autre affaire. Pour avaler la planète Terre, un trou noir d'un rayon de quelques centimètres suffit. Le problème est que, de par sa nature, un trou noir est un objet totalement sans visage. Aucun rayonnement ni rayonnement n'émane de son ventre, il est donc assez difficile de remarquer un objet aussi mystérieux. Ce n'est qu'à courte distance que vous pouvez détecter la courbure de la lumière de fond, ce qui indique qu'il y a un trou dans l'espace dans cette région de l'Univers.

À ce jour, les scientifiques ont déterminé que le trou noir le plus proche de la Terre est l'objet V616 Monocerotis. Le monstre est situé à 3000 années-lumière de notre système. Il s'agit d'une formation de grande taille, sa masse est de 9 à 13 masses solaires. Un autre objet proche qui constitue une menace pour notre monde est le trou noir Gygnus X-1. Nous sommes séparés de ce monstre par une distance de 6000 années-lumière. Les trous noirs découverts dans notre voisinage font partie d'un système binaire, c'est-à-dire existent à proximité immédiate de l’étoile qui nourrit l’objet insatiable.

Conclusion

L'existence d'objets aussi mystérieux et mystérieux dans l'espace que les trous noirs nous oblige certainement à être sur nos gardes. Cependant, tout ce qui arrive aux trous noirs arrive assez rarement, compte tenu de l'âge de l'Univers et des vastes distances. Depuis 4,5 milliards d'années, le système solaire est au repos, existant selon les lois que nous connaissons. Pendant ce temps, rien de tel, pas de distorsion de l'espace, pas de pli du temps à proximité système solaire n'est pas apparu. Il n’existe probablement pas de conditions appropriées pour cela. La partie de la Voie Lactée dans laquelle réside le système stellaire Soleil est une zone de l'espace calme et stable.

Les scientifiques admettent que l’apparition des trous noirs n’est pas accidentelle. De tels objets jouent le rôle d'infirmiers dans l'Univers, détruisant les corps cosmiques en excès. Quant au sort des monstres eux-mêmes, leur évolution n’a pas encore été entièrement étudiée. Il existe une version selon laquelle les trous noirs ne sont pas éternels et peuvent cesser d'exister à un certain stade. Ce n’est plus un secret pour personne que ces objets représentent de puissantes sources d’énergie. De quel type d’énergie il s’agit et comment elle est mesurée est une autre affaire.

Grâce aux efforts de Stephen Hawking, la théorie selon laquelle un trou noir émet toujours de l'énergie tout en perdant sa masse a été présentée à la science. Dans ses hypothèses, le scientifique était guidé par la théorie de la relativité, où tous les processus sont interdépendants. Rien ne disparaît sans apparaître ailleurs. Toute matière peut être transformée en une autre substance, un type d'énergie passant à un autre niveau d'énergie. Cela peut être le cas des trous noirs, qui constituent un portail de transition d’un état à un autre.

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La pensée scientifique construit parfois des objets aux propriétés si paradoxales que même les scientifiques les plus perspicaces refusent au départ de les reconnaître. La plupart exemple clair dans l'histoire de la physique moderne - un manque d'intérêt à long terme pour les trous noirs, les états extrêmes du champ gravitationnel prédits il y a près de 90 ans. Pendant longtemps, ils ont été considérés comme une abstraction purement théorique, et ce n’est que dans les années 1960 et 1970 que les gens ont cru à leur réalité. Cependant, l’équation de base de la théorie des trous noirs a été dérivée il y a plus de deux cents ans.

Le point de vue de John Michell

Le nom de John Michell, physicien, astronome et géologue, professeur à l'Université de Cambridge et pasteur de l'Église anglicane, a été perdu de manière totalement injuste parmi les stars de la science anglaise du XVIIIe siècle. Michell a posé les bases de la sismologie - la science des tremblements de terre, a mené d'excellentes recherches sur le magnétisme et, bien avant Coulomb, a inventé la balance de torsion, qu'il a utilisée pour les mesures gravimétriques. En 1783, il tente de combiner les deux grandes créations de Newton : la mécanique et l'optique. Newton considérait la lumière comme un flux de minuscules particules. Michell a suggéré que les corpuscules légers, comme la matière ordinaire, obéissent aux lois de la mécanique. La conséquence de cette hypothèse s'est avérée très non triviale : les corps célestes peuvent se transformer en pièges à lumière.

Comment Michell a-t-il raisonné ? Un boulet de canon tiré depuis la surface d'une planète ne surmontera complètement sa gravité que si sa vitesse initiale dépasse une valeur désormais appelée seconde. vitesse d'échappement et la vitesse de fuite. Si la gravité de la planète est si forte que la vitesse de fuite dépasse la vitesse de la lumière, les corpuscules lumineux libérés au zénith ne pourront pas aller à l'infini. La même chose se produira avec la lumière réfléchie. Par conséquent, la planète sera invisible pour un observateur très lointain. Michell a calculé la valeur critique du rayon d'une telle planète R cr en fonction de sa masse M ramenée à la masse de notre Soleil M s : R cr = 3 km x M/M s.

John Michell croyait à ses formules et supposait que les profondeurs de l'espace cachent de nombreuses étoiles qui ne peuvent être vues depuis la Terre avec aucun télescope. Plus tard, le grand mathématicien, astronome et physicien français Pierre Simon Laplace est arrivé à la même conclusion, qui l'a inclus dans la première (1796) et la deuxième (1799) éditions de son « Exposition du système mondial ». Mais la troisième édition a été publiée en 1808, alors que la plupart des physiciens considéraient déjà la lumière comme des vibrations de l'éther. L’existence d’étoiles « invisibles » contredisait la théorie ondulatoire de la lumière, et Laplace considérait qu’il valait mieux ne pas les mentionner. Par la suite, cette idée fut considérée comme une curiosité, digne d'être présentée uniquement dans les ouvrages d'histoire de la physique.

Modèle Schwarzschild

En novembre 1915, Albert Einstein publia une théorie de la gravité, qu'il appela théorie de la relativité générale (GR). Cet ouvrage trouva immédiatement un lecteur reconnaissant en la personne de son collègue de l'Académie des sciences de Berlin, Karl Schwarzschild. C'est Schwarzschild qui fut le premier au monde à utiliser la relativité générale pour résoudre un problème astrophysique spécifique, en calculant la métrique de l'espace-temps à l'extérieur et à l'intérieur d'un corps sphérique non rotatif (pour plus de spécificité, nous l'appellerons une étoile).

Il résulte des calculs de Schwarzschild que la gravité d'une étoile ne déforme pas trop la structure newtonienne de l'espace et du temps uniquement si son rayon est beaucoup plus grand. plus que ça la valeur même que John Michell a calculée ! Ce paramètre s'appelait à l'origine rayon de Schwarzschild, et s'appelle désormais rayon gravitationnel. Selon la relativité générale, la gravité n’affecte pas la vitesse de la lumière, mais réduit la fréquence des vibrations lumineuses dans la même proportion qu’elle ralentit le temps. Si le rayon d'une étoile est 4 fois supérieur au rayon gravitationnel, alors l'écoulement du temps à sa surface ralentit de 15 % et l'espace acquiert une courbure notable. Lorsqu'elle est dépassée deux fois, elle se plie plus fortement et le temps ralentit de 41 %. Lorsque le rayon gravitationnel est atteint, le temps passé à la surface de l'étoile s'arrête complètement (toutes les fréquences passent à zéro, le rayonnement se fige et l'étoile s'éteint), mais la courbure de l'espace y est toujours finie. Loin de l'étoile, la géométrie reste encore euclidienne, et le temps ne change pas de vitesse.

Malgré le fait que les valeurs du rayon gravitationnel de Michell et Schwarzschild coïncident, les modèles eux-mêmes n'ont rien en commun. Pour Michell, l'espace et le temps ne changent pas, mais la lumière ralentit. Une étoile dont les dimensions sont inférieures à son rayon gravitationnel continue de briller, mais elle n'est visible que par un observateur pas trop éloigné. Pour Schwarzschild, la vitesse de la lumière est absolue, mais la structure de l’espace et du temps dépend de la gravité. Une étoile tombée sous le rayon gravitationnel disparaît pour tout observateur, peu importe où il se trouve (plus précisément, elle peut être détectée par les effets gravitationnels, mais pas par le rayonnement).

De l'incrédulité à l'affirmation

Schwarzschild et ses contemporains pensaient que des objets spatiaux aussi étranges n'existaient pas dans la nature. Einstein lui-même a non seulement adhéré à ce point de vue, mais a également cru à tort qu'il avait réussi à justifier mathématiquement son opinion.

Dans les années 1930, le jeune astrophysicien indien Chandrasekhar a prouvé qu'une étoile qui a consommé son combustible nucléaire se débarrasse de sa coquille et ne se transforme en une naine blanche qui se refroidit lentement que si sa masse est inférieure à 1,4 masse solaire. Bientôt, l'Américain Fritz Zwicky réalisa que les explosions de supernova produisaient des corps extrêmement denses de matière neutronique ; Plus tard, Lev Landau est arrivé à la même conclusion. Après les travaux de Chandrasekhar, il était évident que seules les étoiles ayant une masse supérieure à 1,4 masse solaire pouvaient subir une telle évolution. Une question naturelle s’est alors posée : existe-t-il une limite supérieure à la masse des supernovae que les étoiles à neutrons laissent derrière elles ?

A la fin des années 30, le futur père d'Américain bombe atomique Robert Oppenheimer a établi qu'une telle limite existe réellement et ne dépasse pas plusieurs masses solaires. Il n’était alors pas possible de donner une évaluation plus précise ; On sait désormais que la masse des étoiles à neutrons doit être comprise entre 1,5 et 3 M s. Mais même des calculs approximatifs d'Oppenheimer et de son étudiant diplômé George Volkow, il s'ensuit que les descendants les plus massifs des supernovae ne deviennent pas des étoiles à neutrons, mais se transforment en un autre état. En 1939, Oppenheimer et Hartland Snyder ont utilisé un modèle idéalisé pour prouver qu'une étoile massive en train de s'effondrer est contractée selon son rayon gravitationnel. De leurs formules, il s'ensuit que la star ne s'arrête pas là, mais les co-auteurs se sont abstenus de tirer une conclusion aussi radicale.

La réponse finale a été trouvée dans la seconde moitié du XXe siècle grâce aux efforts de toute une galaxie de brillants physiciens théoriciens, y compris des physiciens soviétiques. Il s'est avéré qu'un tel effondrement Toujours comprime l’étoile « jusqu’au bout », détruisant complètement sa matière. Il en résulte une singularité, un « superconcentré » du champ gravitationnel, enfermé dans un volume infinitésimal. Pour un trou fixe, c'est un point, pour un trou en rotation, c'est un anneau. La courbure de l'espace-temps et, par conséquent, la force de gravité à proximité de la singularité tend vers l'infini. Fin 1967, le physicien américain John Archibald Wheeler fut le premier à qualifier un tel effondrement stellaire final de trou noir. Nouveau mandatétait apprécié des physiciens et des journalistes ravis, qui l'ont diffusé dans le monde entier (même si les Français ne l'aimaient pas au début, car l'expression trou noir suggérait des associations douteuses).

Là, au-delà de l'horizon

Un trou noir n’est ni matière ni rayonnement. Avec une certaine figuration, nous pouvons dire qu'il s'agit d'un champ gravitationnel autonome concentré dans une région très incurvée de l'espace-temps. Sa limite extérieure est définie par une surface fermée, l'horizon des événements. Si l'étoile n'a pas tourné avant l'effondrement, cette surface s'avère être une sphère régulière dont le rayon coïncide avec le rayon de Schwarzschild.

La signification physique de l'horizon est très claire. Un signal lumineux envoyé depuis son voisinage extérieur peut parcourir une distance infinie. Mais les signaux envoyés depuis la région intérieure non seulement ne traverseront pas l’horizon, mais « tomberont » inévitablement dans la singularité. L'horizon est la frontière spatiale entre les événements qui peuvent être connus des astronomes terrestres (et autres) et les événements sur lesquels des informations ne seront en aucun cas divulguées.

Comme prévu « selon Schwarzschild », loin de l'horizon, l'attraction d'un trou est inversement proportionnelle au carré de la distance, de sorte que pour un observateur éloigné, il se manifeste comme un corps lourd ordinaire. En plus de la masse, le trou hérite du moment d'inertie de l'étoile effondrée et de son charge électrique. Et toutes les autres caractéristiques de l’étoile prédécesseur (structure, composition, type spectral, etc.) tombent dans l’oubli.

Envoyons une sonde au trou avec une station radio qui envoie un signal une fois par seconde en fonction de l'heure à bord. Pour un observateur distant, à mesure que la sonde s'approche de l'horizon, les intervalles de temps entre les signaux augmenteront - en principe de manière illimitée. Dès que le navire franchira l'horizon invisible, il deviendra complètement silencieux pour le monde « au-dessus du trou ». Toutefois, cette disparition ne sera pas sans laisser de trace, puisque la sonde cédera sa masse, sa charge et son couple au trou.

Rayonnement des trous noirs

Tous les modèles précédents étaient construits exclusivement sur la base de la relativité générale. Pourtant, notre monde est régi par les lois de la mécanique quantique, qui n’ignorent pas les trous noirs. Ces lois ne permettent pas de considérer la singularité centrale comme un point mathématique. Dans un contexte quantique, son diamètre est donné par la longueur de Planck-Wheeler, approximativement égale à 10 -33 centimètres. Dans cette zone, l’espace ordinaire cesse d’exister. Il est généralement admis que le centre du trou est rempli de diverses structures topologiques qui apparaissent et meurent conformément aux lois probabilistes quantiques. Les propriétés d’un tel quasi-espace bouillonnant, que Wheeler a appelé mousse quantique, sont encore mal comprises.

La présence d’une singularité quantique a une influence directe sur le sort des corps matériels tombant dans les profondeurs d’un trou noir. À l’approche du centre du trou, tout objet constitué de matériaux actuellement connus sera écrasé et déchiré par les forces de marée. Cependant, même si les futurs ingénieurs et technologues créent des alliages et des composites ultra-résistants aux propriétés actuellement sans précédent, ils sont tous encore voués à disparaître : après tout, dans la zone de singularité, il n'y a ni le temps ni l'espace habituels.

Regardons maintenant l'horizon du trou à travers une lentille de mécanique quantique. L’espace vide – le vide physique – n’est en réalité pas vide du tout. En raison des fluctuations quantiques de divers champs dans le vide, de nombreuses particules virtuelles naissent et meurent continuellement. La gravité près de l’horizon étant très forte, ses fluctuations créent des sursauts gravitationnels extrêmement puissants. Lorsqu’ils sont accélérés dans de tels champs, les « virtuels » nouveau-nés acquièrent une énergie supplémentaire et deviennent parfois des particules normales à longue durée de vie.

Les particules virtuelles naissent toujours par paires qui se déplacent dans des directions opposées (cela est requis par la loi de conservation de la quantité de mouvement). Si une fluctuation gravitationnelle extrait du vide une paire de particules, il peut arriver que l’une d’elles se matérialise à l’extérieur de l’horizon et la seconde (l’antiparticule de la première) à l’intérieur. La particule « interne » tombera dans le trou, mais la particule « externe » tombera dans le trou. Conditions favorables Peut quitter. De ce fait, le trou devient une source de rayonnement et perd donc de l’énergie et donc de la masse. Par conséquent, les trous noirs ne sont pas stables en principe.

Ce phénomène est appelé effet Hawking, du nom du remarquable physicien théoricien anglais qui l'a découvert au milieu des années 1970. Stephen Hawking, en particulier, a prouvé que l'horizon d'un trou noir émet des photons de la même manière que l'horizon absolu. corps noir, chauffé à une température T = 0,5 x 10 -7 x M s /M. Il s’ensuit qu’à mesure que le trou s’amincit, sa température augmente et « l’évaporation » s’intensifie naturellement. Ce processus est extrêmement lent et la durée de vie d'un trou de masse M est d'environ 10 65 x (M/M s) 3 ans. Lorsque sa taille devient égale à la longueur de Planck-Wheeler, le trou perd sa stabilité et explose, libérant la même énergie que l'explosion simultanée d'un million de dix mégatonnes. bombes à hydrogène. Fait intéressant, la masse du trou au moment de sa disparition est encore assez importante, 22 microgrammes. Selon certains modèles, le trou ne disparaît pas sans laisser de trace, mais laisse derrière lui une relique stable de même masse, appelée maximon.

Maximon est né il y a 40 ans - en tant que terme et en tant qu'idée physique. En 1965, l'académicien M.A. Markov a suggéré qu'il existe une limite supérieure à la masse des particules élémentaires. Il propose de considérer cette valeur limite comme la dimension de la masse, qui peut être combinée à partir de trois constantes physiques fondamentales - la constante de Planck h, la vitesse de la lumière C et la constante gravitationnelle G (pour ceux qui aiment les détails : pour ce faire, il faut pour multiplier h et C, divisez le résultat par G et extrayez la racine carrée). Il s’agit des mêmes 22 microgrammes mentionnés dans l’article ; cette valeur est appelée la masse de Planck. A partir des mêmes constantes, on peut construire une quantité avec la dimension de la longueur (la longueur de Planck-Wheeler s'avère être de 10 -33 cm) et avec la dimension du temps (10 -43 sec).
Markov est allé plus loin dans son raisonnement. Selon son hypothèse, l'évaporation d'un trou noir conduit à la formation d'un « résidu sec » - un maximon. Markov a appelé de telles structures des trous noirs élémentaires. La question de savoir dans quelle mesure cette théorie correspond à la réalité reste ouverte. Quoi qu’il en soit, des analogues des maximons de Markov ont été réactivés dans certains modèles de trous noirs basés sur la théorie des supercordes.

Profondeurs de l'espace

Les trous noirs ne sont pas interdits par les lois de la physique, mais existent-ils dans la nature ? Aucune preuve absolument rigoureuse de la présence d’au moins un de ces objets dans l’espace n’a encore été trouvée. Cependant, il est très probable que dans certains systèmes binaires, les sources d'émission de rayons X soient des trous noirs d'origine stellaire. Ce rayonnement devrait résulter de l’aspiration de l’atmosphère d’une étoile ordinaire par le champ gravitationnel d’un trou voisin. À mesure que le gaz se déplace vers l’horizon des événements, il devient très chaud et émet des quanta de rayons X. Au moins deux douzaines de sources de rayons X sont désormais considérées comme des candidats appropriés pour jouer le rôle de trous noirs. De plus, les statistiques stellaires suggèrent que dans notre seule Galaxie, il existe environ dix millions de trous d'origine stellaire.

Des trous noirs peuvent également se former lors de la condensation gravitationnelle de la matière dans les noyaux galactiques. C'est ainsi que naissent de gigantesques trous d'une masse de millions et de milliards de masses solaires, qui existent selon toute vraisemblance dans de nombreuses galaxies. Apparemment, au centre de la Voie Lactée, caché par des nuages ​​​​de poussière, se trouve un trou d'une masse de 3 à 4 millions de masses solaires.

Stephen Hawking est arrivé à la conclusion que des trous noirs de masse arbitraire auraient pu naître immédiatement après le Big Bang, qui a donné naissance à notre Univers. Des trous primaires pesant jusqu'à un milliard de tonnes se sont déjà évaporés, mais des trous plus lourds peuvent encore se cacher dans les profondeurs de l'espace et déclencher, le moment venu, un feu d'artifice cosmique sous la forme de puissantes explosions de rayonnement gamma. Cependant, de telles explosions n’ont jamais été observées jusqu’à présent.

Usine de trous noirs

Est-il possible d'accélérer des particules dans un accélérateur à une énergie si élevée que leur collision crée un trou noir ? À première vue, cette idée est tout simplement folle : l'explosion d'un trou détruira toute vie sur Terre. De plus, c’est techniquement irréalisable. Si la masse minimale d'un trou est effectivement de 22 microgrammes, alors en unités d'énergie, elle est de 10 à 28 électrons-volts. Ce seuil est 15 ordres de grandeur supérieur aux capacités du plus puissant accélérateur du monde, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), qui sera lancé au CERN en 2007.

Cependant, il est possible que l'estimation standard de la masse minimale du trou soit considérablement surestimée. Quoi qu’il en soit, c’est ce que disent les physiciens qui développent la théorie des supercordes, qui inclut théorie des quanta gravité (bien que loin d’être complète). Selon cette théorie, l’espace n’a pas trois dimensions, mais au moins neuf. Nous ne remarquons pas les dimensions supplémentaires car elles sont bouclées à une si petite échelle que nos instruments ne les perçoivent pas. Or la gravité est omniprésente, elle pénètre dans des dimensions cachées. Dans l’espace à trois dimensions, la force de gravité est inversement proportionnelle au carré de la distance, et dans l’espace à neuf dimensions, elle est proportionnelle à la puissance huitième. Par conséquent, dans un monde multidimensionnel, l’intensité du champ gravitationnel augmente beaucoup plus rapidement à mesure que la distance diminue que dans un monde tridimensionnel. Dans ce cas, la longueur de Planck augmente plusieurs fois et la masse minimale du trou diminue fortement.

La théorie des cordes prédit qu'un trou noir d'une masse de seulement 10 à 20 g peut naître dans un espace à neuf dimensions. La masse relativiste calculée des protons accélérés dans le superaccélérateur du Cern est à peu près la même. Selon le scénario le plus optimiste, il sera capable de produire un trou par seconde, qui durera environ 10 à 26 secondes. Au cours de son évaporation, toutes sortes de particules élémentaires naîtront, qu'il ne sera pas difficile d'enregistrer. La disparition du trou entraînera la libération d'énergie, qui ne suffit même pas à chauffer un microgramme d'eau d'un millième de degré. On peut donc espérer que le LHC se transformera en une usine de trous noirs inoffensifs. Si ces modèles sont corrects, alors des détecteurs orbitaux de rayons cosmiques de nouvelle génération seront capables de détecter de tels trous.

Tout ce qui précède s’applique aux trous noirs stationnaires. Parallèlement, il existe également des trous rotatifs qui possèdent de nombreuses propriétés intéressantes. résultats analyse théorique Le rayonnement des trous noirs a également conduit à repenser sérieusement le concept d’entropie, qui mérite également une discussion distincte. Nous en reparlerons dans le prochain numéro.

Un trou noir apparaît à la suite de l’effondrement d’une étoile supermassive dont le noyau est à court de « carburant » pendant réaction nucléaire. À mesure que le noyau est comprimé, la température du noyau augmente et des photons d'une énergie supérieure à 511 keV entrent en collision et forment des paires électron-positon, ce qui entraîne une diminution catastrophique de la pression et un nouvel effondrement de l'étoile sous l'influence de son propre gravité.

L'astrophysicien Ethan Siegel a publié l'article « Le plus grand trou noir de l'univers connu », dans lequel il a collecté des informations sur la masse des trous noirs dans différentes galaxies. Je me demandais simplement : où se trouve le plus massif d’entre eux ?

Étant donné que les amas d’étoiles les plus denses se trouvent au centre des galaxies, presque toutes les galaxies ont désormais un trou noir massif en leur centre, formé après la fusion de nombreux autres. Par exemple, au centre de la Voie lactée se trouve un trou noir dont la masse représente environ 0,1 % de celle de notre galaxie, soit 4 millions de fois la masse du Soleil.

Il est très simple de déterminer la présence d’un trou noir en étudiant la trajectoire des étoiles affectées par la gravité d’un corps invisible.

Mais la Voie lactée est une galaxie relativement petite, qui ne peut pas avoir le plus grand trou noir. Par exemple, non loin de nous, dans l'amas de la Vierge, se trouve une galaxie géante appelée Messier 87 - elle est environ 200 fois plus grande que la nôtre.

Ainsi, du centre de cette galaxie, un flux de matière long d'environ 5 000 années-lumière jaillit (photo). C'est une anomalie folle, écrit Ethan Siegel, mais ça a l'air très joli.

Les scientifiques estiment que seul un trou noir peut expliquer une telle « éruption » depuis le centre de la galaxie. Les calculs montrent que la masse de ce trou noir est environ 1 500 fois supérieure à la masse du trou noir de la Voie lactée, soit environ 6,6 milliards de masses solaires.

Mais où se trouve le plus grand trou noir de l’Univers ? Si nous supposons qu'au centre de presque toutes les galaxies se trouve un tel objet avec une masse de 0,1% de la masse de la galaxie, nous devons alors trouver la galaxie la plus massive. Les scientifiques peuvent également répondre à cette question.

La galaxie la plus massive que nous connaissons est IC 1101, au centre de l'amas Abell 2029, qui est 20 fois plus éloigné de la Voie lactée que l'amas de la Vierge.

Dans IC 1101, la distance entre le centre et le bord le plus éloigné est d'environ 2 millions d'années-lumière. Sa taille est le double de la distance entre la Voie Lactée et la galaxie d'Andromède la plus proche. La masse est presque égale à la masse de l’ensemble de l’amas de la Vierge !

S’il y a un trou noir au centre d’IC 1101 (et il devrait y en avoir), alors il pourrait être le plus massif de l’Univers connu.

Ethan Siegel dit qu'il se trompe peut-être. La raison en est la galaxie unique NGC 1277. Ce n’est pas trop grande galaxie, légèrement plus petit que le nôtre. Mais l'analyse de sa rotation a montré un résultat incroyable : le trou noir au centre fait 17 milliards de masses solaires, soit 17 % de la masse totale de la galaxie. Il s’agit d’un record pour le rapport entre la masse d’un trou noir et la masse d’une galaxie.

Il existe un autre candidat pour le rôle du plus grand trou noir de l'Univers connu. Il est montré sur la photo suivante.

L'étrange objet OJ 287 s'appelle un blazar. Les blazars sont une classe spéciale d'objets extragalactiques, un type de quasar. Ils se distinguent par une émission très puissante qui, dans le JO 287, varie selon un cycle de 11 à 12 ans (avec un double pic).

Selon les astrophysiciens, OJ 287 comprend un trou noir central supermassif, autour duquel gravite un autre trou noir plus petit. Avec 18 milliards de masses solaires, le trou noir central est le plus grand connu à ce jour.

Cette paire de trous noirs sera l'une des meilleures expériences pour tester la théorie de la relativité générale, à savoir la déformation de l'espace-temps décrite dans Relativité Générale.

En raison d'effets relativistes, le périhélie du trou noir, c'est-à-dire le point de son orbite le plus proche du trou noir central, devrait se décaler de 39° par tour ! En comparaison, le périhélie de Mercure s'est déplacé de seulement 43 secondes d'arc par siècle.