La lumière de la galaxie d'arrière-plan fait le tour d'un trou noir un nombre croissant de fois, plus il passe le trou, et nous voyons donc la même galaxie dans plusieurs directions. Crédit :Peter Laursen
Au voisinage des trous noirs, l'espace est tellement déformé que même les rayons lumineux peuvent se courber plusieurs fois autour d'eux. Ce phénomène peut nous permettre de voir plusieurs versions de la même chose. Bien que cela soit connu depuis des décennies, ce n'est que maintenant que nous avons une exacte, expression mathématique, merci à Albert Sneppen, étudiant à l'Institut Niels Bohr. Le résultat, ce qui est même plus utile dans les trous noirs réalistes, vient de paraître dans la revue Rapports scientifiques .
L'espace lui-même et même le temps se comportent étrangement près des trous noirs; l'espace est déformé. A proximité d'un trou noir, l'espace se courbe tellement que les rayons lumineux sont déviés, et la lumière très proche peut être tellement déviée qu'elle fait plusieurs fois le tour du trou noir. D'où, lorsque nous observons une galaxie lointaine (ou un autre corps céleste), nous avons peut-être la chance de voir la même image de la galaxie plusieurs fois, quoique de plus en plus déformée.
Galaxies en plusieurs versions
Le mécanisme est illustré sur la figure ci-dessous :une galaxie lointaine brille dans toutes les directions :une partie de sa lumière s'approche du trou noir et est légèrement déviée; un peu de lumière se rapproche encore et contourne le trou une seule fois avant de nous échapper, etc. En regardant près du trou noir, nous voyons de plus en plus de versions de la même galaxie, plus on se rapproche du bord du trou que l'on regarde.
À quelle distance du trou noir devez-vous regarder d'une image pour voir l'image suivante ? Le résultat est connu depuis plus de 40 ans, et est environ 500 fois (pour les aficionados de maths, c'est plus précisément la "fonction exponentielle de deux pi, " écrit e2π).
Un disque de gaz incandescent tourbillonne dans le trou noir "Gargantua" du film Interstellar. Parce que l'espace se courbe autour du trou noir, il est possible de regarder autour de sa face cachée et de voir la partie du disque de gaz qui serait autrement cachée par le trou. Notre compréhension de ce mécanisme a maintenant été améliorée par un étudiant en master danois au NBI, Albert Sneppen. Crédit :interstellar.wiki/CC Licence BY-NC
Le calcul est si compliqué que, jusque récemment, nous n'avions pas encore développé une intuition mathématique et physique quant à la raison pour laquelle il se trouve que c'est exactement ce facteur. Mais en utilisant un peu d'intelligence, astuces mathématiques, L'étudiant à la maîtrise Albert Sneppen du Cosmic Dawn Center - un centre de recherche fondamentale relevant à la fois de l'Institut Niels Bohr et du DTU Space - a maintenant réussi à prouver pourquoi.
"Il y a quelque chose de fantastiquement beau à comprendre maintenant pourquoi les images se répètent d'une manière si élégante. En plus de cela, il offre de nouvelles opportunités pour tester notre compréhension de la gravité et des trous noirs, " précise Albert Sneppen.
Prouver quelque chose mathématiquement n'est pas seulement satisfaisant en soi; En effet, il nous rapproche de la compréhension de ce phénomène merveilleux. Le facteur "500" découle directement du fonctionnement des trous noirs et de la gravité, ainsi les répétitions des images deviennent maintenant un moyen d'examiner et de tester la gravité.
Des trous noirs en rotation
En tant que fonctionnalité entièrement nouvelle, La méthode de Sneppen peut également être généralisée pour s'appliquer non seulement aux trous noirs "triviaux", mais aussi aux trous noirs qui tournent. Lequel, En réalité, ils le font tous.
La situation vue "de face", c'est-à-dire comment nous l'observerions réellement depuis la Terre. Les images supplémentaires de la galaxie deviennent de plus en plus comprimées et déformées, plus nous regardons le trou noir de plus près. Crédit :Peter Laursen
"Il s'avère que quand il tourne très vite, vous n'avez plus besoin de vous rapprocher du trou noir d'un facteur 500, mais nettement moins. En réalité, chaque image est maintenant seulement 50, ou 5, ou même jusqu'à deux fois plus près du bord du trou noir, " explique Albert Sneppen.
Devoir regarder 500 fois plus près du trou noir pour chaque nouvelle image, signifie que les images sont rapidement "compressées" en une seule image annulaire, comme on le voit sur la figure de droite. En pratique, les nombreuses images seront difficiles à observer. Mais quand les trous noirs tournent, il y a plus de place pour les images "supplémentaires", nous pouvons donc espérer confirmer la théorie par observation dans un avenir pas si lointain. De cette façon, nous pouvons en apprendre non seulement sur les trous noirs, mais aussi les galaxies derrière elles :
Le temps de parcours de la lumière augmente, plus il doit faire le tour du trou noir, ainsi les images deviennent de plus en plus « retardées ». Si, par exemple, une étoile explose en supernova dans une galaxie d'arrière-plan, on pourrait voir cette explosion encore et encore.
L'article d'Albert Sneppen, vient d'être accepté pour publication dans Rapports scientifiques , s'intitule "Réflexions divergentes autour de la sphère photonique d'un trou noir".
