Astronomie

Que se passe-t-il si un trou noir est produit à l'intérieur d'un autre trou noir ?

Que se passe-t-il si un trou noir est produit à l'intérieur d'un autre trou noir ?

Question similaire ici.

La question que j'ai liée m'a fait réfléchir.

On sait qu'un trou noir ne laisse rien s'échapper de son horizon des événements, pas même la lumière. Ainsi, naturellement, tout ce qui passe l'horizon des événements serait « mangé ».

Maintenant, supposons qu'un trou noir supermassif (petite limite de Roche, grand horizon des événements) se trouve sur le chemin d'une étoile massive et mourante à haute excentricité. Supposons que l'étoile se déplace en ligne droite à 5% de la vitesse de la lumière et que le trou noir soit stationnaire. L'étoile serait avalée par le trou noir, et aussi avalée intacte. Maintenant, l'étoile devient supernova à l'intérieur du trou noir, mais comme sa masse est très élevée, elle aussi crée un trou noir. Ce qui se passerait?

Le trou noir supermassif gagnerait-il la masse de l'étoile et les choses se passeraient-elles comme d'habitude pour un spectateur extérieur (choses courantes de tous les jours : un trou noir avalant des objets) ? Le trou noir à l'intérieur du plus grand entraînerait-il le plus grand ? Ou autre chose?

Merci!

Max0815


D'après le théorème sans cheveux, les trous noirs ne peuvent avoir que trois propriétés : la masse, le moment angulaire et la charge électrique. À partir de là, nous verrons le trou noir supermassif original gagner la masse, le moment angulaire et la charge électrique de l'étoile entrante. Les trous noirs vont fusionner (déjà fusionnés en fait, puisque l'un est à l'intérieur de l'autre). Les singularités fusionneront aussi (toutes les lignes du monde, c'est-à-dire les chemins qu'une particule peut emprunter, conduisent à la grande singularité dans le trou noir supermassif).

De l'extérieur, nous verrons un trou noir plus massif avec un moment angulaire et une charge électrique différents, et c'est tout. Nous ne pouvons pas voir l'étoile devenir une supernova car tout ce qui se passe à l'intérieur de l'horizon des événements nous est invisible.


Un trou noir pourrait-il (hypothétiquement) tomber dans un trou de ver (hypothétique), et quelle étrangeté se produirait si cela se produisait ?

Les trous noirs sont déjà assez bizarres. Dans le vide sombre de l'espace qui est tout sauf ennuyeux, ils font des cascades comme se heurter les uns aux autres ou déchirer des étoiles entières dans une frénésie alimentaire, mais que se passe-t-il si les choses deviennent soudainement beaucoup plus étranges et qu'un trou de ver avale un trou noir ?

Non, cela ne fait pas partie du script pour un renouveau de Paysage lointain. Les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs qui se sont retrouvés de l'autre côté d'un trou de ver (et peut-être dans une autre partie de l'univers) pourraient prouver que les trous de ver existent – ​​s'ils existent réellement. Ce n'est pas trop loin, car les ondes gravitationnelles ont déjà révélé des collisions de trous noirs et des étoiles à neutrons se fracassant les unes contre les autres. La façon dont l'émission d'ondes gravitationnelles d'un trou noir change lorsque le trou noir traverse un trou de ver théorique pourrait finir par être la preuve d'un phénomène qui, du moins pour l'instant, ne se produit que dans la science-fiction.

Plus de sciences

Lorsque deux trous noirs sont pris dans une spirale de la mort, plus ils sont proches et rapides l'un de l'autre, plus la fréquence des ondes gravitationnelles qui en sortent est élevée, ce qui signifie que la hauteur de ces ondes ne cesse d'augmenter jusqu'à ce qu'elle devienne un « pépiement ».

"Pour les systèmes binaires de trous noirs (ou d'étoiles à neutrons), les ondes gravitationnelles enlèvent de l'énergie, donc le système tombe ensemble", William Gabella, co-auteur d'une étude qui sera bientôt publiée dans Relativité Générale et Cosmologie Quantique, dit SYFY WIRE. « En tombant ensemble, ils tournent l'un autour de l'autre de plus en plus vite, donnant le pépiement au signal des ondes gravitationnelles. Il est difficile d'imaginer des systèmes naturels faisant le contraire - en commençant à proximité les uns des autres sur une orbite étroite et rapide, puis en spirale puis en retombant. C'est ce que nous verrions dans certaines orbites de trous noirs et de trous de ver.

Ces « chirps » sont ce que les observatoires d'ondes gravitationnelles comme le LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) recherchent lorsqu'ils sont à l'affût de la fusion de trous noirs. LIGO a été le premier observatoire à partir duquel les scientifiques ont observé des preuves d'ondes gravitationnelles. Imaginez maintenant l'antithèse d'un gazouillis. Au lieu de se rapprocher de plus en plus, les objets seraient en orbite de plus en plus loin, ce qui signifie que le pitch diminuerait dans un "anti-chirp". Le trou noir continuerait à apparaître dans l'univers encore et encore, perdant plus d'énergie à chaque fois jusqu'à ce qu'il se retrouve finalement coincé dans la gorge du trou de ver.

Les ondes gravitationnelles peuvent être détectées lorsqu'elles sont émises par deux trous noirs fusionnant (ci-dessus), alors pourquoi pas par un trou noir pris à l'intérieur d'un trou de ver (s'ils existent) ? Crédit : NASA

"Dans une partie de l'univers, vous verriez un signal d'onde gravitationnelle normal du trou noir en spirale vers l'intérieur (comme autour d'un autre trou noir), mais ensuite il s'arrêterait avant le pic habituel, disparaîtrait pendant un moment en se déplaçant dans une autre partie de l'univers, puis réapparaître là où il a fait surface pour la première fois », a déclaré Gabella.

Alors, comment le trou noir y resterait-il ? Les trous de ver (encore une fois, s'ils existent) sont des objets exotiques. Les objets exotiques sont faits de matière exotique. Maintenant, c'est là que ça commence à devenir de la science-fiction. Gabella et son équipe pensent qu'une possibilité qui pourrait expliquer qu'un trou noir se coince dans la gorge d'un trou de ver est que la matière exotique du trou de ver devrait se comporter comme une masse négative pour que sa gorge reste ouverte. La masse négative est purement théorique. Si son existence pouvait être prouvée, un objet de masse négative accélérerait dans le sens inverse de la force qui lui est appliquée, par opposition à la matière baryonique, qui est la matière telle que nous la connaissons. Aucune matière exotique ne vient des trous noirs.

"Bizarrement, les trous noirs déforment l'espace-temps comme s'ils avaient une masse, mais à ce stade, ce sont des trous noirs et n'ont plus de matière telle que nous la connaissons", a expliqué Gabella. « Nous décrivons un trou noir général par sa masse, son spin et sa charge. Nous ne nous attendons pas à ce qu'un trou noir retienne beaucoup de charge longtemps jusqu'à ce qu'il attire la charge opposée et se neutralise, de sorte que la plupart des trous noirs ne sont décrits que par la masse et le spin. Nous disons simplement qu'il déforme l'espace-temps comme s'il avait une masse (et un spin). Il ne contient probablement pas de matière telle que nous la comprenons.

Cela devient encore plus étranger. L'espace-temps dans le trou de ver pourrait déformer l'horizon des événements du trou noir, le faisant émettre des ondes gravitationnelles déformées. Ensuite, il y a l'idée du trou de ver qui tourne au fur et à mesure que le trou noir le traverse. L'espace-temps tordu entraînerait le trou noir et, en émettant des ondes gravitationnelles, il perdrait également de l'énergie, produisant des ondes étranges. Mais pourrions-nous les détecter s'ils étaient là ? Gabella le pense.

"Les détecteurs d'ondes gravitationnelles existants comme LIGO pourraient éventuellement détecter des signaux cohérents avec les orbites des trous noirs et des trous de ver", a-t-il déclaré. "En fait, les données qu'ils ont déjà stockées pourraient cacher ces formes d'onde bizarres."


Explication : un cosmologiste théorique décrit la taille réelle des trous noirs et le « point de non-retour »

La première photo d'un trou noir, prise en 2019, montre la lumière se pliant autour d'un trou noir qui est 6,5 milliards de fois plus grand que le soleil. Crédit : Collaboration avec le télescope Event Horizon

Les trous noirs sont parmi les phénomènes les plus fascinants de l'espace extra-atmosphérique, et nous en apprenons toujours plus à leur sujet. Pas plus tard que la semaine dernière, un groupe d'astronomes a publié un article documentant une rare collision visible de trous noirs, qui a produit un éclair de lumière qui a permis aux scientifiques de voir l'événement depuis la Terre.

De Star Trek à Doctor Who en passant par The Orville, la science-fiction incorpore souvent des trous noirs dans les intrigues, en grande partie parce qu'il y a encore tellement de choses que nous ne savons pas. Mais Alexander Vilenkin n'est pas du tout découragé par ce sujet vaste et complexe. Professeur Leonard et Jane Holmes Bernstein en sciences de l'évolution au département de physique et d'astronomie de Tufts, il a étudié la cosmologie théorique, y compris l'énergie noire, les cordes cosmiques et le multivers, pendant des décennies. Si quelqu'un peut aider à percer le mystère autour des trous noirs, c'est bien lui.

Vilenkin a récemment donné à Tufts Now un cours accéléré pour rendre ces géants cosmiques un peu plus accessibles. Voici trois faits sur les trous noirs à comprendre.

Les trous noirs peuvent être incroyablement énormes

Les trous noirs sont mesurés par leur taille et leur masse, ou la quantité de matière qu'ils contiennent. Un trou noir de taille moyenne peut avoir une masse vingt fois supérieure à celle du Soleil. Cependant, l'attraction de la gravité à l'intérieur d'un trou noir est si forte qu'elle condense toute cette masse en une boule d'un diamètre d'environ vingt milles seulement.

Les trous noirs supermassifs sont les plus gros trous noirs. Vilenkin a déclaré que ces mastodontes peuvent avoir une masse d'un milliard de soleils avec un diamètre d'environ la taille de notre système solaire.

Chaque grande galaxie, y compris la Voie lactée, a au moins un trou noir supermassif en son centre. "En ce qui concerne les trous noirs supermassifs, le nôtre est assez petit. Il ne représente que quelques millions de masses solaires", a-t-il déclaré.

Le plus petit trou noir enregistré est pratiquement petit : c'est à peine quatre fois la masse de notre soleil.

Les trous noirs peuvent fusionner

Les trous noirs qui sont proches les uns des autres ont tendance à se rapprocher, a déclaré Vilenkin. "Ce qui se passe, c'est que ces trous noirs s'attachent les uns aux autres, gravitationnellement, et commencent à tourner les uns autour des autres. Ils forment un système binaire, et en tournant, ils perdront progressivement leur énergie par rayonnement gravitationnel. Ils se rapprochent de plus en plus et tournent l'un autour de l'autre de plus en plus vite. Finalement, ils fusionnent », a-t-il déclaré.

Jusqu'à présent, aucune collision de trous noirs supermassifs n'a été observée, mais les astronomes ont observé des collisions de trous noirs beaucoup plus petits, a déclaré Vilenkin.

Nous ne pouvons pas voir une telle collision à travers un télescope, quelle que soit sa puissance, car aucune lumière ne peut s'échapper d'un trou noir. Cependant, en utilisant des instruments très sensibles et très gros appelés détecteurs d'ondes gravitationnelles, les scientifiques peuvent détecter et mesurer les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs. Les ondes sont comme des ondulations dans l'espace-temps (nous en reparlerons dans un instant), et les données recueillies racontent l'histoire de ce qui se passe à des millions ou des milliards d'années-lumière.

"Les ondes gravitationnelles émises alors que les trous noirs sont juste en orbite dans leurs systèmes binaires sont généralement trop faibles pour être détectées. Mais cette dose finale de rayonnement lorsque les trous noirs sont sur le point de fusionner, et lorsqu'ils finissent par fusionner pour former un trou noir plus grand , a été observé à plusieurs reprises", a-t-il déclaré.

Les sursauts de rayonnement gravitationnel durent très peu de temps, mais ils se présentent selon un certain schéma. Lorsque les astronomes voient ce schéma, a déclaré Vilenkin, ils peuvent l'identifier comme une collision de trous noirs et déterminer leurs masses et à quelle distance ils se trouvent. En septembre 2019, la NASA a annoncé que des astronomes avaient repéré trois trous noirs supermassifs sur une trajectoire de collision dans un système à environ un milliard d'années-lumière de la Terre.

Les trous noirs ont un point de non-retour

Les trous noirs ont ce qu'on appelle un horizon des événements. Considérez cela comme la surface du trou noir. Rien ne peut s'échapper de sous la surface, y compris la lumière. Alors, que se passe-t-il lorsque, par exemple, un vaisseau spatial traverse l'horizon des événements ?

"Disons que le vaisseau spatial nous envoie des impulsions lumineuses à l'approche du trou noir. À mesure que le vaisseau spatial s'approche de l'horizon des événements, les impulsions deviendront de plus en plus faibles et les intervalles entre elles deviendront de plus en plus longs", a déclaré Vilenkin. "Alors que le vaisseau spatial se rapproche de très près de l'horizon des événements, nous le voyons comme s'il était gelé. Nous ne verrons jamais le vaisseau spatial passer sous l'horizon des événements car la lumière ne peut pas s'échapper d'en dessous."

Qu'en est-il des voyageurs dans le vaisseau spatial? Vilenkin a déclaré que lorsque le vaisseau spatial s'approchait de l'horizon des événements, ils ne remarqueraient rien de particulier et ils nous verraient toujours. Cependant, une fois qu'ils ont franchi l'horizon des événements, c'est un point de non-retour. Vous ne pouvez pas faire demi-tour et sortir. Vous ne pouvez vous déplacer que vers le centre du trou noir, a-t-il déclaré.

La gravité deviendra de plus en plus forte, et comme la gravité étire les choses dans une direction, le vaisseau spatial deviendra spaghettifié. "Finalement, ce vaisseau spatial atteindra le point central, qui s'appelle la singularité. La singularité est, mathématiquement, où la gravité devient infiniment forte, donc la courbure de l'espace-temps devient infinie. Nous ne pouvons pas vraiment dire ce qui se passe exactement dans la singularité, mais le vaisseau spatial et tout à l'intérieur sera détruit bien avant que le vaisseau n'atteigne la singularité », a déclaré Vilenkin.


Réponses et réponses

Un trou noir n'a pas une densité bien définie, car il n'a pas un volume bien défini. Ce n'est pas un objet ordinaire.

Si par "pas acceptable", vous voulez dire que vous ne pensez pas que ce soit physiquement raisonnable, de nombreux physiciens sont d'accord avec vous que c'est l'une des principales choses que la plupart des physiciens espèrent qu'une théorie de la gravité quantique, si et quand nous en trouvons une, résoudra.

Cependant, en tant que modèle mathématique, le modèle GR classique avec une singularité à l'intérieur d'un trou noir est parfaitement cohérent.

Non, ce n'est pas le cas. Ce n'est pas vrai non plus.

Il est vrai que l'horizon des événements d'un trou noir, ou plus précisément une seule sphère à 2 sur l'horizon, a une circonférence finie mais il n'y a aucun moyen de la mesurer directement en en faisant le tour.

Vous ne pouvez pas. L'espace à l'intérieur d'un trou noir n'est pas un "intérieur" ordinaire d'une 2-sphère. Il n'y a pas de centre spatial. La singularité à ##r = 0## n'est pas un point dans l'espace au centre c'est un moment du temps qui est au futur de tous les événements à l'intérieur de l'horizon.

Non, vous ne le feriez pas. Une fois à l'intérieur de l'horizon, vous atteindrez la singularité en un temps fini. Cependant, cela ne veut pas dire ce que vous pensez que cela signifie. Comme ci-dessus, la singularité est un moment du temps dans votre futur, pas un lieu dans l'espace. Vous ne pouvez pas l'éviter une fois à l'intérieur de l'horizon, et l'atteindrez dans un temps fini, pour la même raison que vous ne pouvez pas éviter d'atteindre demain et l'atteindrez dans un temps fini.

C'est indéfini. Cependant, cela ne signifie pas que votre argument est valide. Voir au dessus.

Non, le volume est également indéfini. Plus précisément, vous pouvez couper des tranches spatiales à l'intérieur du trou noir qui ont le volume que vous voulez, de zéro à l'infini.

Un trou noir n'a pas une densité bien définie, car il n'a pas un volume bien défini. Ce n'est pas un objet ordinaire.


Si par "pas acceptable", vous voulez dire que vous ne pensez pas que ce soit physiquement raisonnable, de nombreux physiciens sont d'accord avec vous que c'est l'une des principales choses que la plupart des physiciens espèrent qu'une théorie de la gravité quantique, si et quand nous en trouvons une, résoudra.

Cependant, en tant que modèle mathématique, le modèle GR classique avec une singularité à l'intérieur d'un trou noir est parfaitement cohérent.


Non, ce n'est pas le cas. Ce n'est pas vrai non plus.


Il est vrai que l'horizon des événements d'un trou noir, ou plus précisément une seule sphère à 2 sur l'horizon, a une circonférence finie mais il n'y a aucun moyen de la mesurer directement en en faisant le tour.


Vous ne pouvez pas. L'espace à l'intérieur d'un trou noir n'est pas un "intérieur" ordinaire d'une 2-sphère. Il n'y a pas de centre spatial. La singularité à ##r = 0## n'est pas un point dans l'espace au centre c'est un moment du temps qui est au futur de tous les événements à l'intérieur de l'horizon.


Non, vous ne le feriez pas. Une fois à l'intérieur de l'horizon, vous atteindrez la singularité en un temps fini. Cependant, cela ne veut pas dire ce que vous pensez que cela signifie. Comme ci-dessus, la singularité est un moment du temps dans votre futur, pas un lieu dans l'espace. Vous ne pouvez pas l'éviter une fois à l'intérieur de l'horizon, et l'atteindrez dans un temps fini, pour la même raison que vous ne pouvez pas éviter d'atteindre demain et l'atteindrez dans un temps fini.


C'est indéfini. Cependant, cela ne signifie pas que votre argument est valide. Voir au dessus.


Non, le volume est également indéfini. Plus précisément, vous pouvez couper des tranches spatiales à l'intérieur du trou noir qui ont le volume que vous voulez, de zéro à l'infini.


Parce que la géométrie de l'espace-temps à l'intérieur ne ressemble en rien à l'espace ordinaire auquel vous êtes habitué.


Seul un trou noir pourrait faire un trou noir aussi massif !

Les scientifiques se familiarisent avec les trous noirs qui se cognent dans la nuit. En 2015, le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (ou LIGO) est entré dans l'histoire en détectant les grondements dans l'espace-temps causés par la collision de deux trous noirs dans une galaxie très lointaine. Cette première détection a confirmé l'existence de trous noirs binaires de masse stellaire, ou ceux nés de la mort spectaculaire en supernova d'étoiles massives. Depuis lors, nous avons détecté plusieurs autres fusions (plus une fusion d'étoiles à neutrons en prime !).

Maintenant, dans une recherche publiée le 10 avril 2018 dans la revue Physical Review Letters, les chercheurs suggèrent que les trous noirs fusionnent probablement à plusieurs reprises pour produire des trous noirs trop massifs pour être produits par une seule étoile. Et les amas d'étoiles globulaires pourraient être le voisinage parfait pour que de tels objets se forment et fusionnent, encore et encore.

"Nous pensons que ces amas se sont formés avec des centaines à des milliers de trous noirs qui se sont rapidement enfoncés au centre", a déclaré Carl Rodriguez, du MIT et de l'Institut Kavli pour l'astrophysique et la recherche spatiale, dans un communiqué. "Ces types de clusters sont essentiellement des usines pour les binaires de trous noirs, où vous avez tellement de trous noirs qui traînent dans une petite région de l'espace que deux trous noirs pourraient fusionner et produire un trou noir plus massif. Ensuite, ce nouveau trou noir peut trouver un autre compagnon et fusionner à nouveau.

LIGO n'a pas encore détecté l'une de ces " fusions de deuxième génération ". Toutes les fusions détectées à ce jour ont impliqué des trous noirs de masse stellaire (ceux probablement formés par des étoiles massives uniques). Si les ondes gravitationnelles d'un événement de fusion impliquant un trou noir de 50 fois la masse de notre soleil devaient être détectées à l'avenir, cependant, ce serait une preuve solide pour suggérer la fusion répétée des trous noirs. Et ce serait passionnant.

"Si nous attendons assez longtemps, LIGO finira par voir quelque chose qui ne pourrait provenir que de ces amas d'étoiles, car ce serait plus gros que tout ce que vous pourriez obtenir d'une seule étoile", a ajouté Rodriguez.

La plupart des galaxies abritent des amas globulaires, avec plus d'amas trouvés dans les plus grandes galaxies. Par conséquent, les galaxies elliptiques massives peuvent héberger des dizaines de milliers d'amas, alors que la Voie lactée en a environ 200, la plus proche étant située à 7 000 années-lumière de la Terre. Ces amas contiennent des étoiles anciennes, toutes entassées dans un petit volume, de sorte que les conditions sont réunies pour que les trous noirs à l'intérieur de ces amas tombent au centre et se rapprochent de tout autre trou noir qui pourrait se cacher.

Si deux trous noirs dérivent l'un près de l'autre après être tombés de différentes parties d'un amas, les calculs de la relativité suggèrent qu'ils émettront des ondes gravitationnelles, sapant ainsi l'énergie de leur mouvement à travers l'amas. Cela ralentirait les trous noirs et commencerait à s'enrouler en spirale, s'installant finalement sur une orbite binaire les uns autour des autres. Alors leurs destins sont scellés. Les deux trous noirs continueront à émettre des ondes gravitationnelles, provoquant un rétrécissement de leur orbite jusqu'à ce que la paire entre en collision, fusionne et éclate avec une puissante explosion d'ondes gravitationnelles qui s'éloignerait à la vitesse de la lumière. Ce trou noir nouvellement fusionné traînerait alors à l'intérieur de l'amas en attendant qu'un autre trou noir passe et recommencerait la danse binaire.

Cependant, lorsque l'équipe de Rodriguez a effectué les simulations, elle a supposé que les trous noirs en fusion tournaient rapidement et que les résultats étaient plutôt balistiques.

"Si les deux trous noirs tournent lorsqu'ils fusionnent, le trou noir qu'ils créent émettra des ondes gravitationnelles dans une seule direction préférée, comme une fusée, créant un nouveau trou noir qui peut jaillir jusqu'à 5 000 kilomètres par seconde - donc, incroyablement rapide », a déclaré Rodriguez. "Il suffit d'un coup de pied de quelques dizaines à cent kilomètres par seconde pour échapper à l'un de ces clusters."

Selon cette logique, si les trous noirs fusionnés sont démarrés à partir des clusters, ils ne peuvent plus fusionner. Mais, après avoir analysé la rotation typique des trous noirs détectés par LIGO, l'équipe a découvert que la rotation des trous noirs est beaucoup plus faible, ce qui signifie qu'il y a moins de chances que les clusters lâchent leurs trous noirs nouvellement fusionnés. Après avoir effectué cette correction, les chercheurs ont découvert que près de 20 % des binaires de trous noirs auraient au moins un trou noir formé lors d'une fusion précédente. Et selon leur calcul, les trous noirs de deuxième génération devraient avoir une gamme de masse révélatrice comprise entre 50 et 130 masses solaires. Il n'y a pas d'autre moyen de produire des trous noirs de cette masse sans les fusions.

Donc, pour l'instant, c'est aux détecteurs d'ondes gravitationnelles du monde de trouver un signal qui a été produit par un trou noir de deuxième génération.

L'amas d'étoiles globulaires NGC 362 de la Voie lactée aurait entre 10 et 11 milliards d'années, selon l'Agence spatiale européenne. La galaxie elle-même a plus de 13 milliards d'années.


Que se passe-t-il dans un trou noir ?

La caractéristique déterminante d'un trou noir est son incroyable densité. Un trou noir est une énorme quantité de matière entassée dans un très petit - en fait, zéro - quantité d'espace. Le résultat est une puissante attraction gravitationnelle, dont même la lumière ne peut s'échapper - et, par conséquent, nous n'avons aucune information ou idée de ce à quoi ressemble la vie à l'intérieur.

Au fur et à mesure que les objets et les matériaux sont attirés dans un trou noir, ils subissent un processus appelé de manière évocatrice la spaghettification. C'est parce que la gravité est si extrême et augmente si rapidement à mesure que vous vous approchez du trou noir que votre tête et vos pieds connaîtraient des environnements gravitationnels radicalement différents. Vous seriez physiquement allongé, et votre sens du temps ralentirait à un rampement dans les brefs instants avant de tomber dans la singularité, le point zéro du trou noir lui-même.

Mais cela se produit techniquement juste à l'extérieur du trou noir.

Une fois que vous entrez dans la singularité, la vérité est que les astronomes ne savent pas ce qui se passe. Mais les forces physiques dictent que vous seriez réduit non seulement à des cellules ou même à des atomes, mais à une mer parfaite d'énergie, dépourvue de toute trace de l'objet que vous étiez auparavant. Votre masse s'ajoute à celle du trou noir et vous devenez l'objet de votre propre destruction.

Mathématiquement, il est possible que les trous noirs forment des trous de ver, des portails vers d'autres endroits dans l'espace-temps ou même d'autres dimensions. Mais de nombreux scientifiques pensent que cette possibilité n'existe que sur le papier et que le monde réel est trop désordonné et instable pour supporter les trous de ver.


Voici ce qui se passe lorsqu'un trou noir mange un trou noir


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Les trous noirs sont les fosses ultra-denses, ultra-compactes et ultra-massives d'une gravité écrasante qui ont une force d'attraction si forte que, pour la plupart, rien ne peut leur échapper, pas même la lumière. Quand quelque chose arrive à portée d'un trou noir, que ce soit une étoile, un nuage de gaz ou un voyageur intergalactique vraiment malheureux, cette chose est étirée et déchirée, atome par atome. Donc, la question de suivi évidente à tout cela est : que se passe-t-il lorsque deux trous noirs essaient de se manger ?

Universe Today sait : “La réponse courte ? Vous obtenez un trou noir super-SUPERmassif.”

La réponse la plus longue, disent-ils, est en train d'être élaborée par une équipe de scientifiques dotés de superordinateurs. Lorsque deux trous noirs super-massifs se rapprochent, les disques de gaz et de poussière en orbite qui les entourent fusionnent, créant un "vortex imposant" qui s'étend bien au-dessus du centre du disque d'accrétion.

Le "vortex imposant" identifié dans la simulation, explique Bruno Giacomazzo dans un communiqué de la NASA, "est exactement le type de structure nécessaire pour entraîner les jets de particules que nous voyons depuis les centres des galaxies actives alimentées par des trous noirs". #8221

Le processus de fusion, selon la NASA, éliminerait les ondes gravitationnelles et les distorsions du tissu espace-temps qui pourraient être vues par les satellites en orbite au-dessus de la Terre. Mais, pour voir ces ondes gravitationnelles potentielles, une découverte qui pourrait aider à compléter notre compréhension de nombreuses facettes de l'univers, les scientifiques doivent savoir quel type de signe rechercher. Par conséquent, la simulation informatique ci-dessus de deux trous noirs fusionnant.

Alors que les ondes gravitationnelles promettent de dire aux astronomes beaucoup de choses sur les corps qui les ont créées, elles ne peuvent pas fournir une information cruciale - la position précise de la source. Donc, pour vraiment comprendre un événement de fusion, les chercheurs ont besoin d'un signal électromagnétique d'accompagnement - un éclair de lumière, allant des ondes radio aux rayons X - qui permettra aux télescopes de localiser la galaxie hôte de la fusion.


Qu'advient-il de leurs trous noirs supermassifs lorsque les galaxies entrent en collision ?

Quoi de mieux que deux galaxies gigantesques qui tourbillonnent l'une dans l'autre jusqu'à ce qu'elles entrent en collision ? Que diriez-vous de trois galaxies tourbillonnant l'une dans l'autre jusqu'à ce qu'elles entrent en collision et qu'elles aient toutes des trous noirs supermassifs en leur cœur pour démarrer ! Récemment, une équipe dirigée par le Dr Adi Foord de Stanford a passé au peigne fin les données de la mission WISE et du Sloan Digital Sky Survey pour rechercher des cas de collision de trois galaxies. Dans toutes ces données, ils ont réussi à trouver 7 systèmes distincts répondant à ces critères.

Les systèmes en question se situaient entre 370 millions et un milliard d'années-lumière, de sorte que toute lumière provenant d'eux est évidemment très difficile à détecter. Plus précisément, l'équipe était plus intéressée à savoir si les systèmes contenaient des trous noirs supermassifs et, s'ils en avaient, combien ils en avaient. Les rayons X sont la longueur d'onde la plus descriptive des interactions avec les trous noirs en raison de leur capacité à détecter la matière absorbée dans le trou noir (et chauffée à des millions de degrés au cours du processus). L'observatoire à rayons X Chandra a été utilisé pour observer ces sept systèmes. L'équipe s'est surtout intéressée à savoir si les trous noirs supermassifs potentiellement au centre de ces galaxies fusionnaient ou non.

Une fusion de trous noirs supermassifs serait intéressante pour les scientifiques, car elle n'a pas encore été observée directement, et il y a des spéculations qu'il est en fait impossible pour deux trous noirs supermassifs de se rapprocher suffisamment l'un de l'autre pour fusionner efficacement. S'ils fusionnent en fait, il y a la question supplémentaire de savoir s'ils émettent des ondes gravitationnelles, comme cela a été détecté pour la première fois pour les trous noirs de taille stellaire il n'y a pas si longtemps.

Il y a une chance qu'ils ne fusionnent pas du tout, et ensuite qu'ils ne produisent pas d'ondes gravitationnelles s'ils le font. Dans un tel « scénario de cauchemar », comme le dit l'auteur de l'article Michael Koss d'Eureka Scientific, les détecteurs d'ondes gravitationnelles tels que LIGO ne seraient jamais en mesure d'étudier la fusion de deux trous noirs supermassifs.

D'autres données de Chandra montrant un système avec trois trous noirs dans l'optique et les rayons X.
Crédit : NASA/CXC/George Mason Univ/ R. Pfeifle et all/SDSS/STSci

La théorie entourant la fusion de ces objets colossaux stipule que s'il n'y en a que deux dans un système, ils pourraient ne pas être en mesure de se rapprocher suffisamment l'un de l'autre pour fusionner. Cependant, l'ajout d'un troisième trou noir au système, comme celui au centre d'une troisième galaxie, peut déstabiliser le système, permettant à deux ou plus de fusionner, dans une version supermassive du problème à trois corps.

Ce qu'ils ont trouvé, c'est un mélange de résultats allant d'un système avec trois trous noirs distincts encore existants à un système sans aucune émission de rayons X par les trous noirs. D'autres résultats comprenaient quatre systèmes avec deux trous noirs supermassifs en croissance et un qui contenait un seul trou noir supermassif.

On ne sait pas encore ce que ces découvertes signifieront pour comprendre la croissance et l'évolution futures des trous noirs dans des environnements aussi extrêmes qu'un trifecta ou la fusion de galaxies. Mais à mesure que nous continuons à collecter et à archiver davantage de données sur l'univers, des algorithmes comme celui utilisé pour rassembler les données de cet article deviendront d'autant plus utiles.

Crédit d'image caractéristique : NASA/CSC/UofM/A. Foord et al/SDSS/STSci


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Nous avons couvert beaucoup de choses incroyables, mais cette semaine, nous parlons des objets les plus étranges de l'espace : les TROUS NOIRS. Des trous noirs de masse stellaire se forment lorsqu'une étoile très massive meurt et que son noyau s'effondre. Le noyau doit être plus d'environ 2,8 fois la masse du Soleil pour former un trou noir. Les trous noirs sont de tailles différentes, mais pour tous, la vitesse d'échappement est supérieure à la vitesse de la lumière, donc rien ne peut s'échapper, ni la matière ni la lumière. Ils ne parcourent pas l'Univers en engloutissant tout autour d'eux, leur gravité n'est vraiment intense que très près d'eux. Les marées près d'un trou noir de masse stellaire vous spaghettiseront, et le temps ralentit lorsque vous vous approchez d'un trou noir - ce n'est pas que cela aide beaucoup si vous tombez dedans.

Table des matières
Comment les trous noirs de la masse stellaire se forment 1:03
Le noyau 1:43
Rien ne peut s'échapper une fois qu'il est à l'intérieur 2:29
La gravité s'intensifie à mesure que vous vous rapprochez 3:33
Spaghettification 6:01
Le temps ralentira près d'un trou noir 8:01

PHOTOS/VIDÉOS
White Dwarf Pulses Like a Pulsar http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2007/whitedwarf_pulsar.html [crédit : NASA, Casey Reed]
Swift révèle un nouveau phénomène dans une étoile à neutrons http://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/new-phenom.html#.Vc4isflVhBd [crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA]
Black Holes - Monsters in Space https://en.wikipedia.org/wiki/File:Black_Holes_-_Monsters_in_Space.jpg [crédit : NASA/JPL-Caltech, Wikimedia Commons]
Et si le Soleil devenait un trou noir ? (vue d'artiste) http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast43g/ [crédit : ESA/Hubble (M. Kornmesser)]
Black Hole Animation http://chandra.harvard.edu/photo/2003/0203long/animations.html [crédit : NASA/SAO/CXC/D.Berry]
Star Destroyer http://svs.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/details.cgi?aid=11065 [crédit : Space Telescope Science Institute (STScI) et Goddard Space Flight Center de la NASA]
Le trou noir déforme l'espace http://www.spacetelescope.org/videos/hst15_blackhole_grid/ [crédit : ESA/Hubble (M. Kornmesser & L. L. Christensen)]
Gros plan du trou noir (vue d'artiste) http://www.spacetelescope.org/videos/heic0211c/ [crédit : Agence spatiale européenne, NASA et Felix Mirabel (Commissariat à l'énergie atomique et Institut d'astronomie et de physique spatiale/Conicet de l'Argentine)]

Introduction

Comme nous l'avons vu au cours des derniers épisodes, beaucoup de choses vraiment épiques se produisent lorsqu'une star meurt. Si le noyau de l'étoile fait moins de 1,4 fois la masse du Soleil, elle devient une naine blanche : une boule très chaude de matière super comprimée de la taille de la Terre.

Si le noyau est plus lourd, entre 1,4 et 2,8 fois la masse du Soleil, il s'effondre encore plus, devenant une étoile à neutrons de seulement 20 km de diamètre. La soupe de neutrons à l'intérieur résiste à l'effondrement et empêche le noyau de rétrécir davantage.

Mais que se passe-t-il si la masse est plus de 2,8 fois celle du Soleil ? Si cela se produit, la gravité du noyau peut en fait surmonter l'énorme résistance des neutrons et poursuivre son effondrement.

Quelle force peut l'arrêter maintenant ? Il s'avère, aucun. Plus aucune force. Il n'y a littéralement rien dans l'univers qui puisse arrêter l'effondrement. Le noyau de la star est sur le point de disparaître.

Vitesse d'échappement

Way back in Episode 7, I talked about escape velocity, and it's about to become a major player in the unfolding events of the collapsing core of a high-mass star. In brief, It's the velocity at which you need to fling something off the surface of an object to get it to escape.

For Earth, the escape velocity is about 11 km/sec. Get something moving that quickly, and it's gone. It'll never fall back. The Sun, which has much stronger gravity than Earth, has an escape velocity of over 600 km/sec. A neutron star, with its immense gravity, can have an escape velocity of 150,000 km/sec -- that's half the speed of light!

Keep that in mind, and let's go back to the collapsing core of the star.

As it shrinks, its gravity gets stronger and stronger. That means its escape velocity gets higher and higher. When it's neutron star size, the escape velocity is half the speed of light. But if it's more than 2.8 times the mass of the Sun, the core will keep collapsing.

When its size drops just a little bit more, down to roughly 18 km, an amazing thing happens. The escape velocity at its surface is equal to the speed of light. And, well, that's a problem because in our universe, nothing can travel faster than the speed of light. Not a rock, not a rocket, not even light itself.

Once the core of the star shrinks down to smaller than that magic size, nothing can escape. No matter can come out, so it's like an infinitely deep hole. And no light can come out, so it's black. We should come up with a snappy name for such an object.

Trous noirs

A black hole is the ultimate end state for the core of a high-mass star. Whatever happens in a black hole stays in a black hole. That region of space, that surface around the black hole where the escape velocity is the speed of light is called the horizon des événements for that reason. Any event that happens inside can't be known. It's beyond the horizon for us.

Black holes mess with our concepts of space and time. The math and physics of black holes is incredibly complex. So much so that even after several decades of study, physicists still argue over a lot of their properties. This has lead to a lot of misconceptions about them, too.

All right, let's get this out of the way right now: The Sun cannot become a Black Hole. It takes a stellar core at least about three times the mass of the mass of The Sun to overcome neutron degeneracy pressure. That means the original star must have something like 20 times the Sun's mass or more. So we're safe from cette particular sci-fi scenario.

Here's another misconception: A lot of people think of black holes as cosmic vacuum cleaners sucking in everything near them. But that's not really true. They have very powerful gravity, yeah, but only when you're very close to one. The power of a black hole comes from it's mass, certainly, but just as important its Taille or, really, its lack of size.

If you could turn the Sun into a black hole, which you can't, but let's pretend you could, then the Earth would orbit it pretty much exactly as it does now. From a 150 million kilometers away, the Earth doesn't care if the Sun is big or tiny. We're so far away that it doesn't matter.

It gets to be a big deal when you get close. Remember, from episode 7 about gravity, the strength of gravity you feel from an object depends on how massive it is and your distance from its center. The closest you can get to the Sun is by touching it, being on its surface, about 700,000 km from its center. If you get any closer to its center, you're inside it. The material outside of your position is no longer pulling you down and so the gravity you feel will actually decrease.

But if the Sun were crushed down to about 6 km across, it would be a black hole. You could get much closer than 700,000 km to it, and as you did, you'd feel a stronger and stronger pull as you approached it.

So from far away a black hole with say, 10 times the Sun's mass would pull on you just as hard as a normal star with that same mass. You can orbit a black hole too, as long as you keep a safe distance between you and it. Orbiting a 10 Solar mass black hole would be just like orbiting a 10 Solar mass star. except not so hot and bright. Black holes are weird enough without the misconceptions.

Black holes also come in different sizes. The kind of black holes I've been talking about have a minimum mass of about 3 times the Sun's, and might get as high as a dozen or more times the Sun's mass if the parent star was big enough. We call these stellar mass black holes. If it happens to gobble down more matter, it gets more massive, and the event horizon grows as well. The black hole gets bigger.

The idea that huge black holes could form in the centers of galaxies was first proposed in the 1970s, and it wasn't much later that the first one was found in the center of our own Milky Way galaxy. We've measured its mass at a whopping 4.3 million times the Sun's mass. And now we think every major galaxy has one at its heart too, and in fact, may be crucial in the formation of galaxies themselves. I'll discuss those more in a future episode.

Marées

Here's a fun thought: What would happen if you fell into one? Say, a stellar black hole with 10 times the Sun's mass? You'd die. But what happens in the few milliseconds before you leave the known universe forever is actually pretty interesting.

As we've seen many times in our own solar system, tides are important. They arise because gravity weakens with distance, so a big object like a moon gets stretched by its planet's gravity the far side of the moon is pulled less than the near side.

A black hole has incredibly intense gravity, so the tides it can inflict are serious indeed. They're so strong that if you fell into a stellar mass black hole feet-first, the force of gravity on your feet can be millions of times stronger than the force on your head. Remember, even the meager tides of a planet can rip moons apart. When you multiply that force by a million, you're in trouble.

As you fall in, your feet are pulled so much harder than your head, that you stretch, pulled like taffy. You'd become a long, thin noodle, kilometers in length, but narrower than a hair wide. Astronomers call this, and no I'm not kidding, spaghettification. This would happen pretty close to the black hole, just a few dozen kilometers out. If you fell in from a long distance, you'd be moving pretty near the speed of light by that point, and you'd only have a millisecond or so before it killed you anyway so. yay?

Note that this is only for stellar mass black holes. Supermassive black holes are far bigger, millions or billions of kilometers across. Compared to that size, the distance between your head and feet is small, so the tides across you aren't nearly as severe. You'd fall in pretty much intact. If that makes you feel any better.

But compared to either flavor of black hole, a star still has substantial size, and one that gets too close to any black hole can be disrupted via tides. In March 2011, astronomers witnessed just such an event. In a distant galaxy, a star apparently got too close to a black hole and was torn apart by the ferocious tides. As the star was disrupted, it flared into brightness, momentarily blasting out a trillion times the Sun's energy. That's how we were able to see it, even though it was several billion light years away.

Black Holes and Space-Time

But I've saved the weirdest thing for last. One of Albert Einstein's biggest ideas is that space isn't just emptiness it's an actual thing, like a fabric in which all matter and energy is embedded. What we perceive as gravity is really just a warping of this space, like the way a bowling ball on top of a bed warps the shape of the mattress. The more massive an object, the more it warps space.

Not only that, but space and time are basically two parts of the same thing, what we now call space-time. You can't affect one without affecting the other. Einstein calculated that when a massive object warps space, it also warps time. Someone deep inside the gravitational influence of an object perceives time as ticking more slowly than someone far away from that object.

I know, its bizarre! We think of time as just flowing and everyone should see it move at the same rate, but the universe is under no obligation to obey our preconceptions.

Einstein was right. He was right a lot. This slowing of time is stronger the stronger the gravity of the object is, so your clock ticks a bit slower than someone far away from Earth, for example. The effect is tiny but real, and we've actually measured it on Earth with extremely precise clocks.

However, if you get near a black hole, the effect gets a lot stronger. In fact, black holes warp space-time so much that at the event horizon, time essentially stops. You'd see your clock running normally, and you'd just fall in, bloop, gone. But someone far away would see your clock ticking more slowly as you fell in. And this isn't a mechanical or perception effect, it's actually woven into the fabric of space. To someone outside looking down on you, your fall would literally take forever.

But then they wouldn't actually be able to see you. The light you emit would have to fight the intense gravity of the black hole to get out, and to do that it would lose energy. This is very similar to the Doppler red-shift I've talked about in earlier episodes, and it's called gravitational red-shift.

When you're right at the event horizon, just when an outside observer would see your clock stop, they'd also see the light coming from you infinitely red-shift. Your light would lose all its energy trying to leave the vicinity of the black hole and you'd be invisible.

And from your viewpoint? Buckle up, because this is. wow. You'd see the universe speed up, and just as you hit the event horizon, all of time would pass. All of it. And all that light coming at you from the universe would be blue-shifted, becoming such high energy that you'd be fried. But since you're about to fall into a black hole, you probably wouldn't care. Voir? Like I said, wow.

Black holes are so strange, with such fiercely complicated math and physics to explain them, that scientists are still trying to figure out even basic things about them. For example, some scientists argue that the event horizon as we understand it may not actually exist, and that when you apply quantum mechanics to black hole physics, you find particles can slowly leak out.

We're still new at this, and struggling to understand what may be the most complex objects in the cosmos. Black holes, as bizarre and counterintuitive as they are, keep popping up from here on out as we poke our noses into more and bigger astronomical objects. While they may seem scary and weird (and let's be honest, they are), they have literally shaped most of the objects we see in the universe.

Recap

Today you learned that stellar mass black holes form when a very massive star dies and its core collapses. The core has to be more than about 2.8 times the Sun's mass to form a black hole. Black holes come in different sizes, but for all of them, the escape velocity is greater than the speed of light, so nothing can escape, not matter or light. They don't wander the universe gobbling everything down around them. Their gravity is only really intense very close to them. Tides near a stellar mass black hole will spaghettify you, and time slows down when you get near a black hole. Not that this helps much if you're falling in.

Credits

Crash Course: Astronomy is produced in association with PBS Digital Studios. Head over to their YouTube channel to be sucked into even more awesome videos. This episode was written by me, Phil Plait. The script was edited by Blake de Pastino, and our consultant is Dr. Michelle Thaller. It was directed by Nicholas Jenkins, edited by Nicole Sweeney, the sound designer is Michael Aranda, and the graphics team is Thought Cafe.

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Supermassive black holes are strange

The biggest black hole discovered so far weighs in at 40billion times the mass of the Sun, or 20 times the size of the solar system.

Whereas the outer planets in our solar system orbit once in 250 years, this much more massive object spins once every three months. Its outer edge moves at half the speed of light.

Like all black holes, the huge ones are shielded from view by an event horizon.

At their centers is a singularity, a point in space where the density is infinite.

We can’t understand the interior of a black hole because the laws of physics break down. Time freezes at the event horizon and gravity becomes infinite at the singularity.

The good news about massive black holes is that you could survive falling into one.

Although their gravity is stronger, the stretching force is weaker than it would be with a small black hole and it would not kill you.

The bad news is that the event horizon marks the edge of the abyss. Nothing can escape from inside the event horizon, so you could not escape or report on your experience.

According to Stephen Hawking, black holes are slowly evaporating.

In the far future of the universe, long after all stars have died and galaxies have been wrenched from view by the accelerating cosmic expansion, black holes will be the last surviving objects.

The most massive black holes will take an unimaginable number of years to evaporate, estimated at 10 to the 100th power, or 10 with 100 zeroes after it.

The scariest objects in the universe are almost eternal.

This article was originally written for The Conversation by Chris Impey, University Distinguished Professor of Astronomy, University of Arizona.