Les physiciens vivent actuellement un âge d'or de nouvelles connaissances sur les trous noirs. Depuis 2015, les chercheurs peuvent recevoir des signaux directement des trous noirs en utilisant observatoire des ondes gravitationnelles avec un interféromètre laser (LIGO), tandis que des observatoires comme le télescope Event Horizon (EHT), obtenir les premières images ombres d'un trou noir. Cette année n'a pas fait exception, avec une nouvelle récolte de résultats passionnants et uniques élargissant les horizons de notre connaissance des trous noirs. Nous examinons ici certaines des découvertes les plus impressionnantes de 2020.
Le prix Nobel de physique a été décerné aux trous noirs
Comme pour confirmer que 2020 était l'année de la recherche sur les trous noirs, la principale réalisation de la science est prix Nobel - a été décerné en octobre à trois physiciens dont les travaux éclairent la vie de ces mystérieux objets spatiaux.
Roger Penrose de l'Université d'Oxford au Royaume-Uni a reçu la moitié du prix "pour la découverte que la formation de trous noirs est une prédiction robuste de la relativité générale", tandis qu'Andrea Guez de l'Université de Californie à Los Angeles et Reinhard Hansel de l'Université de Bonn et l'Institut de physique extraterrestre Max Planck en Allemagne se sont partagé l'autre moitié "pour la découverte d'un objet compact supermassif au centre de notre galaxie", a déclaré l'Académie royale des sciences de Suède dans un communiqué. Andrea Guez n'est que la quatrième femme à remporter le prix Nobel de physique, après Marie Curie en 1903, Maria Heppert-Mayer en 1963 et Donna Strickland en 2018.
LIGO assiste à l'effondrement du plus grand trou noir
LIGO et son homologue européen Vierge observer les trous noirs à travers les ondes gravitationnelles dans le tissu de l'espace-temps, qui se forment lorsque des objets massifs oscillent.
Plusieurs découvertes impressionnantes ont déjà été faites dans les installations. Mais en mai, la collaboration a annoncé avoir découvert la plus grande collision avec un trou noir de l'histoire. L'un d'eux est 85 fois plus grand que la masse du Soleil et l'autre est 66 fois plus grand que la masse du Soleil. Lorsqu'ils entrent en collision, ils forment un trou noir dont la masse dépasse la masse du Soleil de 142 fois. En plus d'établir des records, la découverte était la première dans la zone dite "interdite" des trous noirs de masse moyenne. Bien que les astronomes aient vu de petits trous noirs de la taille de notre Soleil et sachent que des trous colossaux, des millions de fois la masse du Soleil, existent au centre des galaxies, personne n'a auparavant trouvé de preuves de trous noirs dans ce milieu de gamme. Comment exactement ils se sont formés reste un mystère que les scientifiques tentent actuellement de résoudre.
Trous noirs primordiaux – Quelle était leur taille ?
Peu après Big Bang L'univers était imprégné d'un rayonnement chaud et turbulent. Dans certaines régions, l'énergie était suffisamment dense pour théoriquement s'effondrer sur elle-même pour former un trou noir.
Bien que les physiciens ne sachent pas encore s'ils existent trous noirs primordiaux (PCD), ces derniers temps, ils ont réfléchi à ce qui pourrait arriver s'ils existaient. Plusieurs articles, dont un publié en novembre, ont suggéré que ces trous noirs, dont certains seront plus petits que ceux formés à partir d'étoiles mourantes, pourraient éventuellement constituer de la matière noire, une substance inconnue qui exerce une influence gravitationnelle sur l'ensemble de l'espace. Dans les années à venir, des expériences sont menées pour rechercher les PCD, qui confirmeront ou infirmeront leur existence.
L'existence de trous noirs supermassifs est possible
Et si vous preniez les trous noirs incroyablement massifs au centre des galaxies et les agrandissiez par un facteur de 11 ? C'est ce que les chercheurs ont suggéré dans un article de septembre sur la possibilité de "trous noirs incroyablement grands" (SLAB).
Ces objets pèseront au moins 1 billion de fois la masse du Soleil, soit 10 fois plus que le plus grand trou noir actuellement connu, le monstre de 66 milliards de masse solaire appelé tonne 618. Certains des SLAB peuvent s'être formés dans l'univers primitif, créant une autre classe de trous noirs primordiaux, ce qui signifie que nous pouvions voir leur empreinte dans le fond cosmique des micro-ondes alors que notre univers n'avait que 380 000 ans. D'autres pourraient être détectés en regardant comment ils courbent la lumière d'étoiles lointaines si un SLAB se trouvait entre nous. Ce concept reste encore hypothétique, mais il attire de plus en plus l'attention.
LIGO détecte une fusion à sens unique
La plupart des paires de trous noirs détectés par les instruments LIGO et Virgo ont approximativement la même masse. Mais en avril, la collaboration a annoncé qu'elle surveillait la catastrophe la plus asymétrique.
Les objets qui sont entrés en collision à une distance d'environ 2,4 milliards d'années-lumière de nous avaient une masse d'environ 8 et 30 fois celle de notre Soleil, respectivement. Un événement aussi inattendu était considéré comme suffisamment rare pour que les installations à ondes gravitationnelles ne le remarquent pas après seulement quelques années. La découverte remet en question ces hypothèses et incite les chercheurs à envisager la possibilité de fusions hiérarchiques, dans lesquelles un trou noir entre en collision avec un autre, puis le reste résultant fusionne avec un autre trou noir.
Des télescopes regardent un trou noir transformer une étoile en spaghetti
Lorsqu'un objet massif s'approche d'un trou noir à une certaine distance, les forces gravitationnelles extrêmes qui y sont présentes peuvent déchirer l'objet en longs brins de matière qui se dispersent partout.
Ce processus, communément appelé spaghettification, a été rarement observée car la plupart des trous noirs sont entourés d'un nuage obscur de gaz et de poussière. Mais en octobre, des astronomes de l'Observatoire européen austral ont réussi à prendre une photo Spaghettification de l'étoile avec des détails sans précédent en utilisant à la fois le Very Large Telescope et le New Technology Telescope. Cet événement, connu sous le nom de À 2019qiz, donnera aux chercheurs un aperçu de ces phénomènes et les aidera à mieux comprendre la gravité dans des conditions extrêmes.
Le trou noir le plus proche jamais découvert
Personne ne veut s'approcher trop près d'un trou noir. Heureusement, le Pac-Man cosmique repéré en mai en orbite autour d'une paire d'étoiles compagnes connues sous le nom de RH 6819, est à une distance de sécurité astronomique de ses partenaires.
Le nouveau trou noir se cache à 1000 6819 années-lumière de la Terre dans la constellation sud du Telescopium, trois fois plus près que le précédent détenteur du record. Les astronomes ne peuvent pas observer directement le trou noir lui-même, mais ont pu déduire sa présence en fonction de la façon dont il affecte gravitationnellement deux autres objets du système. Les observateurs de l'hémisphère sud peuvent voir les étoiles du système HR XNUMX à l'œil nu en regardant une carte des étoiles et en regardant dans la constellation Telescopium, près de la frontière avec la constellation Pavo.
Les trous noirs peuvent être sphériques
Pour qu'un trou noir se forme, la matière et l'énergie doivent s'effondrer en un minuscule point de densité infinie. Puisque de tels infinis devraient être physiquement impossibles, les théoriciens ont longtemps cherché un moyen de contourner un résultat aussi étrange.
Selon la théorie des cordes, qui remplace toutes les particules et forces par des cordes subatomiques et vibrantes, les trous noirs peuvent se révéler être quelque chose d'encore plus étrange - un enchevêtrement de cordes fondamentales, comme un fil flou. En octobre, une étude a montré que si les atomes des étoiles à neutrons, un type de résidu stellaire pas assez dense pour former un trou noir, étaient en fait un faisceau de cordes, alors la compression de ces cordes ensemble ne formerait pas réellement un trou noir, mais un boule duveteuse - qui serait similaire à la pelote de laine susmentionnée. L'étrange idée n'a pas encore été entièrement mise en œuvre, mais c'est l'une des alternatives possibles au travail avec l'infini.
De dangereux trous noirs "nus" pourraient se cacher dans l'univers
Selon les physiciens, chaque trou noir devrait être entouré de soi-disant horizon des événements - une frontière à travers laquelle, étant tombé, vous ne sortirez jamais. Cependant, depuis que les trous noirs ont été postulés pour la première fois, les chercheurs se sont demandé si un horizon des événements était strictement nécessaire.
Peut-il y avoir un trou noir sans lui, soi-disant trou noir "nu"? Cela peut être dangereux car les lois connues de la physique sont violées à l'intérieur de l'horizon des événements d'un trou noir, et un trou noir nu ne peut pas assurer la protection de cette barrière. Alors que la plupart des théoriciens pensent que la nudité est interdite pour les trous noirs, un article de novembre a déclaré qu'il existe un moyen de tester à coup sûr. L'astuce consiste à rechercher des différences dans les disques d'accrétion ou les anneaux de gaz et de poussière formés par l'alimentation du trou noir, ce qui peut indiquer une différence visible entre les trous noirs nus et normaux.
Trésor des trous noirs
Noël est arrivé tôt cette année pour les scientifiques des trous noirs. En octobre, la communauté d'observation LIGO et son homologue européen Virgo ont publié un vaste nouveau catalogue de des dizaines de signaux d'ondes gravitationnelles, découvert dans la période d'avril à septembre 2019.
Les 39 événements comprenaient une foule de découvertes intrigantes, telles qu'une fusion massive de trous noirs qui a abouti à un reste avec la masse de 142 Soleils, un événement extrêmement unilatéral avec des masses d'objets plus grands que le Soleil, et un objet mystérieux qui est apparu être soit un petit trou noir, soit une grande étoile à neutrons. Les chercheurs ont été enthousiasmés par les données, qui ont montré que les objets reçoivent en moyenne un nouveau signal tous les cinq jours, et prévoient de les utiliser pour mieux comprendre le comportement et la fréquence des fusions de trous noirs.
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