Halloween est un moment pour être hanté par des fantômes, gobelins et 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 du prix Nobel de physique 2020 a été décernée 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 qu'un trou noir massif se trouve au centre de notre galaxie.

Les trous noirs sont effrayants pour trois raisons. Si tu tombais dans un trou noir laissé par la mort d'une étoile, tu serais déchiqueté. Aussi, 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 quand 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.

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. Puisque les trous noirs sont sombres, ils sont trouvés lorsqu'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 était Cygnus X-1, la source de rayons X la plus brillante de la constellation du Cygne. Depuis, 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, même pas de lumière. Le sort de quiconque tomberait dans un trou noir serait une douloureuse « spaghettification, " une idée popularisée par Stephen Hawking dans son livre " A Brief History of Time ". l'intense gravité du trou noir vous séparerait, séparer vos os, muscles, les tendons et même les 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.

Une bête affamée dans chaque galaxie

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

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

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

C'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 quand leur gravité attire les étoiles et le gaz proches, ils s'embrasent dans une activité intense et pompent une énorme quantité de rayonnement. Les trous noirs massifs sont dangereux de deux manières. Si vous vous approchez trop, l'énorme gravité vous aspirera. Et s'ils sont dans leur phase de quasar actif, 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 des 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 par un facteur de centaines ou de milliers. Les quasars sont les objets les plus brillants de l'univers.

Les trous noirs supermassifs sont étranges

Le plus grand trou noir découvert à ce jour pèse 40 milliards de fois la masse du Soleil, ou 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 immenses sont cachés de la vue par un horizon des événements. En leurs centres se trouve une singularité, un point dans 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 s'évaporent lentement. Dans le futur lointain de l'univers, longtemps 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 mettront un nombre inimaginable d'années à 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.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.