Au cours des derniers mois, Universe Today a exploré une multitude de domaines scientifiques, notamment les cratères d'impact, les surfaces planétaires, les exoplanètes, l'astrobiologie, la physique solaire, les comètes, les atmosphères planétaires, la géophysique planétaire, la cosmochimie, les météorites, la radioastronomie, les extrémophiles et la chimie organique. , et comment ces diverses disciplines aident les scientifiques et le public à mieux comprendre notre place dans le cosmos.
Ici, nous discuterons du domaine fascinant et mystérieux des trous noirs avec le Dr Gaurav Khanna, professeur au Département de physique de l'Université de Rhode Island, concernant l'importance de l'étude des trous noirs, les avantages et les défis, les aspects passionnants. de l'étude des trous noirs, et comment les futurs étudiants poursuivront l'étude des trous noirs.
Alors, quelle est l’importance d’étudier les trous noirs ?
"La gravité est la force la plus ancienne connue, mais la moins comprise dans la nature", explique le Dr Khanna à Universe Today. "Pour les étudiants en gravité, les trous noirs sont parmi les objets les plus intéressants à étudier car la gravité y est la force dominante - en fait, elle est infiniment forte ! Ensuite, il y a des raisons astrophysiques d'intérêt pour les trous noirs. Ils jouent un rôle important dans les galaxies, peut-être même dans le comportement à grande échelle de l'univers et plus encore.
"L'autre chose à noter à propos des trous noirs est qu'ils sont très "simples", surtout lorsqu'on les compare aux étoiles et à d'autres objets astrophysiques. C'est une conséquence du théorème dit "sans cheveux" qui stipule que les trous noirs peuvent être entièrement caractérisés. par seulement trois attributs :leur masse, leur charge et leur rotation. Cette simplicité les rend particulièrement attrayants pour l'étude et la recherche. »
Les trous noirs sont connus pour présenter une gravité si forte que la lumière ne peut même pas s'en échapper, et bien que la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein en 1915 soit souvent créditée d'avoir proposé pour la première fois le concept de trous noirs, le concept d'un objet dont la taille et la gravité ne seraient pas permettre à la lumière de s'échapper a été proposé pour la première fois dans une lettre de novembre 1784 du philosophe et pasteur anglais John Mitchell.
Dans cette lettre, Mitchell qualifiait ces objets d'« étoiles sombres » puisqu'il postulait que les étoiles dont le diamètre dépassait 500 fois celui de notre soleil déclencheraient la formation de ces objets. De plus, il a suggéré que les ondes gravitationnelles influençant les corps célestes proches permettraient de détecter ces objets.
Avance rapide vers la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui prédisait également l'existence de trous noirs et d'ondes gravitationnelles, qui ont continué à être étudiées tout au long du 20e siècle, qui comprend ce qu'on appelle « l'âge d'or de la relativité générale » dans les années 1960 et années 1970. Cela inclut le premier objet accepté par la communauté scientifique comme un trou noir, appelé Cygnus X-1, qui a été découvert en 1964. Cependant, il a fallu encore 52 ans pour que l'existence d'ondes gravitationnelles soit confirmée par une fusion de trous noirs, qui a été réalisé par la collaboration scientifique LIGO.
Par conséquent, étant donné la longue histoire combinée aux découvertes clés survenues seulement au cours des dernières années, quels sont les avantages et les défis de l'étude des trous noirs ?
Le Dr Khanna déclare à Universe Today :« Comme je l'ai dit plus haut, l'étude des trous noirs, qui sont une conséquence de la théorie de la relativité d'Einstein, offre un aperçu de la nature de la gravité, de l'espace et du temps aux niveaux les plus fondamentaux. En tant que physiciens, nous devons encore développez une compréhension complète de la nature quantique de la gravité, et les trous noirs sont la clé pour percer ce mystère.
"En ce qui concerne les défis, je dirais que le plus clair est peut-être que les trous noirs ne peuvent être observés qu'indirectement. Contrairement aux étoiles, puisqu'elles n'émettent pas de rayonnement elles-mêmes, il est difficile pour les astronomes de collecter des données sur elles. Au mieux, nous pouvons observer leur influence sur leur environnement (comme le gaz, les étoiles, etc.) et déduire leurs propriétés et leur comportement.
"Sur le plan théorique, s'il est vrai que les trous noirs sont très "simples" comparés aux étoiles, il reste encore des défis à relever. Les mathématiques et la physique qui les décrivent sont assez avancées et même les simulations informatiques les impliquant sont difficiles, nécessitant un traitement massif. puissance et mémoire."
S'il a fallu plus de 100 ans entre l'introduction par Einstein de sa théorie de la relativité générale en 1915 et la confirmation des ondes gravitationnelles en 2016, il n'a fallu que trois ans supplémentaires aux astronomes pour publier la première image directe d'un trou noir au centre de Messier 87. galaxie.
Les résultats ont été publiés dans The Astrophysical Journal Letters. et basé sur des observations prises en 2017 par le puissant Event Horizon Telescope (EHT). Alors que Messier 87 est situé à environ 53 millions d’années-lumière de la Terre, le trou noir hypothétique le plus proche, Gaia BH1, est situé à environ 1 560 années-lumière de la Terre. En 2022, des astronomes ont publié une image directe de Sagittaire A*, qui est le trou noir supermassif au centre de notre Voie lactée.
Le Dr Khanna a déclaré à Universe Today :« Je suppose que je ferais probablement référence à mes travaux récents sur la façon dont les trous noirs en rotation très rapide tentent de « faire pousser des cheveux » mais échouent finalement. Le projet est intéressant car il semble suggérer une violation de la loi. pas de cheveux' que j'ai mentionné plus tôt, mais ce n'est finalement pas le cas. Donc, c'est provocateur, mais ensuite soulageant !
"Plus important encore, nous utilisons maintenant le contexte principal de cette recherche pour développer une nouvelle" signature "d'observation ou un nouveau test pour les trous noirs à rotation rapide, également appelés trous noirs quasi-extrémaux. Ces trous noirs ont plusieurs propriétés et aspects particuliers et constituent un domaine de recherche active."
Les trous noirs sont étudiés par des astronomes, des physiciens et des astrophysiciens, qui utilisent une combinaison de théorie et d'observations pour construire à quoi pourraient ressembler les trous noirs et, dans de rares cas, comme indiqué, en obtiennent des images directes. En ce qui concerne la théorie, les chercheurs utilisent des calculs mathématiques et des modèles informatiques pour simuler à quoi pourraient ressembler les trous noirs, puis ont utilisé de puissants télescopes au sol comme l'EHT pour obtenir les quelques images directes des trous noirs.
Il est important de noter que ces images directes ne capturent pas le trou noir lui-même, mais les gaz qui entourent l'horizon des événements du trou noir, ou la limite non officielle où la lumière ne peut pas s'échapper du trou noir.
Mais quels conseils le Dr Khanna peut-il donner aux futurs étudiants qui souhaitent poursuivre l'étude des trous noirs ?
Le Dr Khanna a déclaré à Universe Today :"Je leur offrirais beaucoup d'encouragements ! Il y a beaucoup à faire dans cet espace et de nombreux mystères à résoudre. De nouvelles observations vont ouvrir de nombreuses nouvelles portes et de toutes nouvelles voies de recherche. Ceci est l'un des meilleurs moments pour devenir astrophysicien des trous noirs !"
Le Dr Khanna poursuit :« La seule chose que je pourrais dire et qui n'est peut-être pas autant soulignée ailleurs est l'informatique en tant qu'outil pour étudier les trous noirs. La plupart du temps, l'accent est mis sur l'apprentissage des mathématiques avancées comme base pour une recherche sérieuse sur les trous noirs. trous noirs - et pour cause - qui continue d'être critique pour tous ceux qui étudient la théorie de la relativité d'Einstein, qui constitue le fondement de la physique des trous noirs.
"Ces dernières années, les simulations informatiques ont progressé rapidement et il est désormais possible de faire des découvertes majeures sur des questions profondes à l'aide d'outils informatiques. À long terme, la programmation informatique serait un outil très prometteur pour faire progresser la recherche dans ce domaine et bien d'autres encore. "
