Galerie d'images du trou noir Concept d'artiste du voisinage proche du trou noir au cœur de la galaxie NGC 4261. Voir plus d'images de trous noirs. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA/Space Telescope Science Institute (J. Gitlin, artiste) Vous avez peut-être entendu quelqu'un dire, « Mon bureau est devenu un trou noir ! Vous avez peut-être vu une émission d'astronomie à la télévision ou lu un article de magazine sur les trous noirs. Ces objets exotiques ont captivé notre imagination depuis qu'ils ont été prédits par Einstein Théorie de la relativité générale en 1915.
Que sont les trous noirs ? Existent-ils vraiment ? Comment peut-on les trouver ? Dans cet article, nous allons examiner les trous noirs et répondre à toutes ces questions !
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Concept d'artiste d'un trou noir :Les flèches montrent les chemins des objets dans et autour de l'ouverture du trou noir. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA UNE trou noir est ce qui reste quand une étoile massive meurt.
Si vous avez lu Comment fonctionnent les étoiles, alors tu sais qu'une étoile est une énorme, incroyable réacteur à fusion . Parce que les étoiles sont si massives et faites de gaz, il y a un champ gravitationnel intense qui essaie toujours de faire s'effondrer l'étoile. Les réactions de fusion qui se produisent dans le noyau sont comme une bombe à fusion géante qui essaie de faire exploser l'étoile. Les équilibre entre les forces gravitationnelles et les forces explosives est ce qui définit la taille de l'étoile.
Alors que l'étoile meurt, les réactions de fusion nucléaire s'arrêtent parce que le combustible de ces réactions est brûlé. À la fois, la gravité de l'étoile tire la matière vers l'intérieur et comprime le noyau. Au fur et à mesure que le noyau se comprime, il se réchauffe et crée finalement une explosion de supernova dans laquelle le matériau et le rayonnement explosent dans l'espace. Ce qui reste, c'est le très compressé, et extrêmement massif, coeur. La gravité du noyau est si forte que même la lumière ne peut pas s'échapper.
Cet objet est maintenant un trou noir et disparaît littéralement de la vue. Parce que la gravité du noyau est si forte, le noyau s'enfonce à travers le tissu de l'espace-temps, créant un trou dans l'espace-temps - c'est pourquoi l'objet est appelé un trou noir .
Le noyau devient la partie centrale du trou noir appelé le singularité . L'ouverture du trou s'appelle le horizon des événements .
Vous pouvez considérer l'horizon des événements comme l'embouchure du trou noir. Une fois que quelque chose dépasse l'horizon des événements, c'est parti pour de bon. Une fois à l'intérieur de l'horizon des événements, tous les "événements" (points dans l'espace-temps) s'arrêtent, et rien (même la lumière) ne peut s'échapper. Le rayon de l'horizon des événements est appelé le Rayon de Schwarzschild , du nom de l'astronome Karl Schwarzschild, dont les travaux ont conduit à la théorie des trous noirs.
HistoireLe concept d'un objet dont la lumière ne pourrait pas s'échapper (par exemple, trou noir) a été initialement proposé par Pierre Simon Laplace en 1795. En utilisant la théorie de la gravité de Newton, Laplace a calculé que si un objet était comprimé dans un rayon suffisamment petit, alors la vitesse de fuite de cet objet serait plus rapide que la vitesse de la lumière.
Concept d'artiste d'un trou noir et de ses environs :Le cercle noirci est l'horizon des événements et la région en forme d'œuf est l'ergosphère. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA Il existe deux types de trous noirs :
Les Schwarzschild le trou noir est le trou noir le plus simple, dans lequel le noyau ne tourne pas. Ce type de trou noir n'a qu'une singularité et un horizon des événements.
Les Kerr trou noir, qui est probablement la forme la plus courante dans la nature, tourne parce que l'étoile à partir de laquelle il a été formé tournait. Quand l'étoile en rotation s'effondre, le noyau continue de tourner, et cela s'est propagé au trou noir ( conservation du moment cinétique ). Le trou noir de Kerr a les parties suivantes :
Si un objet passe dans le ergosphère il peut toujours être éjecté du trou noir en gagnant de l'énergie grâce à la rotation du trou.
Cependant, si un objet traverse le horizon des événements , il sera aspiré dans le trou noir et ne s'échappera jamais. Ce qui se passe à l'intérieur du trou noir est inconnu; même nos théories actuelles de la physique ne s'appliquent pas au voisinage d'une singularité.
Même si nous ne pouvons pas voir un trou noir, il a trois propriétés qui peuvent ou pourraient être mesurées :
A partir de maintenant, nous ne pouvons mesurer la masse du trou noir de manière fiable que par le mouvement d'autres objets autour de lui. Si un trou noir a un compagnon (une autre étoile ou disque de matière), il est possible de mesurer le rayon de rotation ou la vitesse d'orbite du matériau autour du trou noir invisible. La masse du trou noir peut être calculée à l'aide de la troisième loi modifiée du mouvement planétaire de Kepler ou du mouvement de rotation.
Image du télescope spatial Hubble du noyau de la galaxie NGC 4261 Photo avec l'aimable autorisation de la NASA/Space Telescope Science Institute Crédit :L. Ferrarese (Johns Hopkins University) et NASA Bien que nous ne puissions pas voir les trous noirs, nous pouvons détecter ou deviner la présence d'un en mesurant ses effets sur les objets qui l'entourent. Les effets suivants peuvent être utilisés :
De nombreux trous noirs ont des objets autour d'eux, et en regardant le comportement des objets, vous pouvez détecter la présence d'un trou noir. Vous utilisez ensuite des mesures du mouvement d'objets autour d'un trou noir suspecté pour calculer la masse du trou noir.
Ce que vous recherchez est une étoile ou un disque de gaz qui se comporte comme s'il y avait une grande masse à proximité. Par exemple, si une étoile ou un disque de gaz visible a un mouvement de « vacillement » ou une rotation ET qu'il n'y a pas de raison visible pour ce mouvement ET que la raison invisible a un effet qui semble être causé par un objet dont la masse est supérieure à trois masses solaires ( trop grosse pour être une étoile à neutrons), alors il est possible qu'un trou noir soit à l'origine du mouvement. Vous estimez ensuite la masse du trou noir en regardant l'effet qu'il a sur l'objet visible.
Par exemple, au coeur de la galaxie NGC 4261, il y a un marron, disque en forme de spirale qui tourne. Le disque a à peu près la taille de notre système solaire, mais pèse 1,2 milliard de fois plus que le soleil. Une masse aussi énorme pour un disque pourrait indiquer qu'un trou noir est présent à l'intérieur du disque.
La théorie de la relativité générale d'Einstein a prédit que la gravité pourrait plier l'espace . Cela a été confirmé plus tard lors d'une éclipse solaire lorsque la position d'une étoile a été mesurée auparavant, pendant et après l'éclipse. La position de l'étoile a changé parce que la lumière de l'étoile était courbée par la gravité du soleil. Par conséquent, un objet avec une gravité immense (comme une galaxie ou un trou noir) entre la Terre et un objet distant pourrait courber la lumière de l'objet distant dans un foyer, un peu comme une lentille peut. Cet effet peut être vu dans l'image ci-dessous.
Ces images montrent l'éclaircissement de MACHO-96-BL5 à partir de télescopes au sol (à gauche) et du télescope spatial Hubble (à droite). Photo avec l'aimable autorisation de la NASA/Space Telescope Science Institute Crédit :NASA et Dave Bennett (Université de Notre Dame) Dans l'image, l'éclaircissement de MACHO-96-BL5 s'est produit lorsqu'un lentille gravitationnelle passé entre elle et la Terre. Lorsque le télescope spatial Hubble a regardé l'objet, il a vu deux images de l'objet rapprochées, ce qui indique un effet de lentille gravitationnelle. L'objet intermédiaire était invisible. Par conséquent, il a été conclu qu'un trou noir était passé entre la Terre et l'objet.
Lorsque la matière tombe dans un trou noir à partir d'une étoile compagne, il est chauffé à des millions de degrés Kelvin et accéléré. Les matériaux surchauffés émettent des rayons X, qui peuvent être détectés par des télescopes à rayons X tels que l'observatoire à rayons X Chandra en orbite.
L'étoile Cygnus X-1 est une forte source de rayons X et est considérée comme un bon candidat pour un trou noir. Comme illustré ci-dessus, vents stellaires de l'étoile compagne, HDE 226868, souffler le matériau sur le disque d'accrétion entourant le trou noir. Alors que ce matériau tombe dans le trou noir, il émet des rayons X, comme on le voit sur cette image :
Image radiographique de Cygnus X-1 prise depuis l'observatoire de rayons X Chandra en orbite Photo avec l'aimable autorisation de la NASA/CXC En plus des rayons X, les trous noirs peuvent également éjecter des matériaux à grande vitesse pour former jets . De nombreuses galaxies ont été observées avec de tels jets. Actuellement, on pense que ces galaxies ont des trous noirs supermassifs (des milliards de masses solaires) en leurs centres qui produisent les jets ainsi que de fortes émissions radio. Un tel exemple est la galaxie M87 comme indiqué ci-dessous :
Il est important de se rappeler que les trous noirs ne sont pas des aspirateurs cosmiques - ils ne consommeront pas tout. Ainsi, bien que nous ne puissions pas voir les trous noirs, il existe des preuves indirectes de leur existence. Ils ont été associés au voyage dans le temps et aux trous de vers et restent des objets fascinants dans l'univers.
Publié à l'origine :26 novembre 2006
