Astronomie

Peut-on voir un trou noir ?

Peut-on voir un trou noir ?

Peut-on voir un trou noir sur terre ?

Si un trou noir n'émet pas de lumière, comment peut-on prendre une photo du trou noir lui-même ?

Il y a des discussions sur le fait que l'image composée par le télescope Event Horizons n'est en réalité qu'un disque d'accrétion. Pour "prendre une image" de quelque chose, vous avez besoin de la lumière réfléchie par la surface de l'objet dans le cadre. La "lumière" de l'image n'est en réalité qu'une simple mappe de couleurs… Peut-on voir un trou noir sur terre ?


Je pense que c'est un peu sémantique, et une question sur ce que vous appelez « je vois quelque chose » : si vous voyez l'ombre projetée par un objet sur un fond clair, voyez-vous l'objet ? Voyez-vous Mercure ou Vénus lorsqu'elle passe devant le disque de notre soleil ? De même, si vous regardez un objet à travers un microscope à force atomique, voyez-vous l'objet ou voyez-vous simplement un indicateur de force donnant une valeur ?

Alors oui, dans ce sens général, on voit quelque chose quand on a un instrument pour le détecter qui permet de déduire des propriétés de l'objet. Ainsi, vous pouvez également voir un objet lorsque vous voyez simplement sa forme devant un fond clair comme un trou noir dans son disque d'accrétion - même lorsque toute la lumière que vous voyez provient de ce dernier.


Cet article explique ce que montre l'image.

Cette structure distincte est le résultat de l'espace-temps déformé autour d'objets massifs comme les trous noirs. L'anneau de lumière est composé de photons du gaz chaud et rayonnant qui entoure le trou noir, dont les chemins ont été incurvés autour du trou noir avant d'arriver à nos télescopes. La région sombre au centre est appelée « l'ombre » du trou noir ; il s'agit de la collection de chemins de photons qui ne se sont pas échappés, mais ont été capturés par le trou noir.

Il vaut également la peine de dire que les télescopes ne mesuraient pas la lumière visible, mais plutôt l'énergie radio à ondes très courtes (ou, si vous préférez, la lumière infrarouge à ondes très longues). De plus, l'image n'a pas été réalisée telle qu'elle est dans un télescope optique en concentrant toute la lumière sur un détecteur, mais plutôt par un processus plus complexe qui consiste à enregistrer les signaux sur plusieurs télescopes puis à les combiner plus tard avec un superordinateur. Cependant, les pixels de l'image correspondent à l'intensité de l'énergie radio provenant des directions (légèrement) différentes vers les différentes parties du trou noir et ses environs proches, donc dans un sens l'image est (en dehors de la couleur, ce qui est juste pour faire une jolie boucle) ce que vous verriez si vous aviez une vue ridiculement nette et pouviez voir les ondes radio.


Non, vous ne pouvez pas "voir" un trou noir, seulement la façon dont il interagit avec les objets ou la lumière à proximité.

En termes d'interaction avec d'autres objets, les observations classiques qui trahissent la présence d'un trou noir sont les mouvements très rapides d'étoiles et de gaz proches d'un objet de masse importante, mais qui ne peuvent pas être vus directement. Les exemples incluent les systèmes binaires à rayons X à faible et à haute masse comme A0620-00 et Cygnus X-1 respectivement. Les trous noirs supermassifs ont été détectés en mesurant le mouvement rapide du gaz au centre de nombreuses galaxies, et l'exemple de 4 millions de masse solaire au centre de notre Galaxie est révélé en observant le mouvement des étoiles qui l'orbitent.

En termes d'interaction avec la lumière, la forte gravité des trous noirs déformera les objets vus à l'arrière-plan d'un trou noir, mais cet effet n'a pas encore été vu en détail. Au lieu de cela, en utilisant une technique d'imagerie interférométrique intelligente, la région centrale de la galaxie M87 a été observée à des longueurs d'onde micro-ondes. La fameuse image que vous avez sans doute vue, est une projection de la sphère photonique du trou noir supermassif, qui est illuminée par les gaz chauds qui l'entourent. Beaucoup plus de détails sur ce résultat peuvent être trouvés dans plusieurs autres questions Astronomy SE - notamment le trou noir M87. Pourquoi pouvons-nous voir la noirceur? Notez que l'anneau de photons est ne pas le disque d'accrétion.


Oui, nous pouvons, en effet, "voir" un trou noir et nous l'avons fait il n'y a pas si longtemps.

Vous voyez, être capable de "voir" un objet n'est pas uniquement une question de "réflexion" : vous "vois" plutôt les choses par eux interagir dans quelconque chemin avec la lumière qui atteint votre œil (ou un autre instrument « voyant »), puis par votre œil interagissant avec ce rayonnement en interaction avec l'objet. La réflexion est juste une chemin. Absorption (le suppression des rayons lumineux qui atteindraient autrement votre œil) en est une autre, et vous n'avez pas besoin d'un trou noir pour cela : tout objet qui est ne pas totalement transparent, brillant ou blanc, sous une lumière blanche, doit avoir absorbé un certain rayonnement pour que cela ressemble à cela.

Si vous preniez une grosse boule et la peigniez en noir et l'accrochiez devant un fond clair, diriez-vous que vous « voyiez » cette boule noire ? Si oui, c'est ne pas très différent. Si vous êtes d'accord, vous pouvez « voir » cela, alors vous pouvez « voir » un trou noir, tout de même. Il fait la même chose : il absorbe la lumière de n'importe quel fond lumineux, se distinguant parce que ces rayons qui ont été envoyés des points sur le fond que vous verriez s'il n'y avait pas, échouer pour atteindre votre œil. De même, si vous voulez argumenter que vous « ne pouvez pas « voir » » le trou noir, alors vous ne pouvez pas non plus « voir » cette boule noire, selon le même raisonnement.

Maintenant, bien sûr, le mécanisme de l'absorption est différente dans chaque cas, mais le résultat est le même en termes de ce qui arrive aux rayons lumineux. Les rayons qui auraient autrement pu atteindre vos yeux (ou ici, les caméras) n'étaient pas l'objet là, maintenant ne le faites pas.

Vous mentionnez également que l'image est "colorisée". C'est vrai, mais ce n'est pas parce que les trous noirs "ne peuvent pas être vus", mais plutôt parce que le télescope "voit" d'une manière différente Gamme de longueurs d'onde que vos yeux et c'est parce que ces longueurs d'onde ont des avantages pour les détecter à ce niveau de résolution et à cette distance par rapport à la lumière visible, ne pas parce que nous ne pouvions pas voir le trou noir de nos propres yeux si nous étions là (et convenablement protégés de l'énergie intense). Les couleurs sont toujours arbitraire, étant assigné par notre cerveau. La lumière elle-même n'a pas de "couleurs". Étant donné que nos yeux, et donc notre cerveau, ne sont pas configurés avec des récepteurs (en quelque sorte tautologiquement) et donc des canaux de couleur pour des longueurs d'onde que nous ne pouvons pas voir, nous devons réutiliser ceux que nous avons d'une manière ou d'une autre. Cela n'en fait pas moins une "vraie photographie", pas plus que de prendre une photographie en niveaux de gris d'une scène avec un appareil photo ordinaire à lumière visible (et si quoi que ce soit, je l'aurais mis en gris, mais je soupçonne le rouge c'est parce qu'ils veulent que ça ait l'air "enflammé", donc c'est une petite licence artistique.).


Si vous étiez vraiment proche, vous pourriez peut-être voir Hawking Radiation. Deux mises en garde :

  • Il est prévu qu'il existe, mais n'a jamais été observé expérimentalement.
  • Plus le trou noir est gros, plus il apparaît « froid », il faudrait donc trouver un très petit trou noir pour le voir émettre de la lumière visible.

Image astronomique du jour Index - Etoiles : Trous Noirs

APOD : 15 janvier 1997 - Signature du trou noir des disques Advective
Explication : A quoi ressemble un trou noir ? S'il était seul, un trou noir apparaîtrait en effet assez noir, mais de nombreux candidats trou noir font partie de systèmes d'étoiles binaires. Alors, en quoi un système binaire de trou noir est-il différent d'un système binaire d'étoiles à neutrons ? Les dessins ci-dessus indiquent qu'il est difficile à dire ! Des travaux théoriques récents, cependant, ont fourni une nouvelle façon de les distinguer : les flux d'accrétion convectifs (ADAF). Un système de trou noir ainsi équipé apparaîtrait beaucoup plus sombre qu'un système d'étoiles à neutrons similaire. La différence est causée par le gaz chaud du disque ADAF tombant à travers l'horizon des événements du trou noir et disparaissant - un gaz qui aurait émis beaucoup de lumière si l'objet central n'était qu'une étoile à neutrons. Des observations récentes du transitoire de rayons X mous V404 Cyg ont produit un spectre très semblable à celui d'un ADAF sur un trou noir - et peut-être plus brillant que ce qui est permis d'un ADAF sur une étoile à neutrons.

APOD : 8 septembre 2004 2002 Trop près d'un trou noir
Explication: Que verriez-vous si vous alliez jusqu'à un trou noir ? Ci-dessus, deux images générées par ordinateur mettant en évidence l'apparence étrange des choses. Sur la gauche se trouve un champ d'étoiles normal contenant la constellation d'Orion. Remarquez les trois étoiles de luminosité presque égale qui composent la ceinture d'Orion. A droite se trouve le même champ d'étoiles mais cette fois avec un trou noir superposé au centre du cadre. Le trou noir a une gravité si forte que la lumière est sensiblement courbée vers lui, provoquant des distorsions visuelles très inhabituelles. Dans le cadre déformé, chaque étoile du cadre normal a au moins deux images lumineuses - une de chaque côté du trou noir. En fait, près du trou noir, vous pouvez voir tout le ciel - la lumière de toutes les directions se courbe et vous revient. Les trous noirs sont considérés comme l'état le plus dense de la matière, et il existe des preuves indirectes de leur présence dans les systèmes binaires stellaires et les centres des amas globulaires, des galaxies et des quasars.

APOD : 24 février 2004 - Les rayons X indiquent une étoile déchirée par un trou noir
Explication: Qu'est-ce qui pourrait déchirer une étoile ? Un trou noir. Des trous noirs géants dans la bonne plage de masse tireraient beaucoup plus fortement sur le devant d'une étoile passant près que sur le dos. Une force de marée aussi forte étirerait une étoile et ferait probablement tomber certains des gaz de l'étoile dans le trou noir. Il est prévu que le gaz tombant émettra exactement le même souffle de rayons X que celui qui a récemment été observé au centre de la galaxie RX J1242-11. Ci-dessus, l'illustration d'un artiste dépeint la séquence de destruction (en supposant que les effets de lentille gravitationnelle déformant l'image du trou noir soient d'une manière ou d'une autre désactivés). La plupart des restes stellaires seraient projetés dans la galaxie. De tels événements sont rares, se produisant peut-être seulement un an sur 10 000 pour des trous noirs typiques au centre de galaxies typiques.


Un test de relativité générale

Albert Einstein a prédit l'existence et le comportement de trous noirs il y a plus d'un siècle dans le cadre de sa théorie de relativité générale. Les trous noirs sont des concentrations extrêmes de masse avec un effet gravitationnel qui engloutit la matière et piège même la lumière. L'"horizon des événements" du nom du télescope Event Horizon fait référence à la limite imaginée à partir de laquelle aucune lumière ou autre rayonnement ne peut échapper à l'attraction du trou noir. En plus de l'horizon des événements, qui se concentre sur la lumière, la relativité générale prédit un point de non-retour pour la matière autour du trou noir.

Dans un sens, il n'est pas possible pour le télescope Event Horizon de prendre des photos de trous noirs, mais il peut collecter des informations sur tout ce qui émet des radiations autour des trous noirs. Par conséquent, les images de trous noirs seront des silhouettes qui ne montrent pas directement le trou noir, mais plutôt ses effets sur la lumière et la matière qui l'entourent.

Les scientifiques travaillant avec le télescope Event Horizon cherchaient à voir dans quelle mesure l'image du trou noir Messier 87 correspondrait aux prédictions. "La taille et la forme de l'ombre - le" trou noir "- sont ce que nous attendions de la relativité générale", a déclaré Özel à Space.com. C'est-à-dire qu'il était à peu près circulaire et de la taille attendue pour un objet de cette masse.

D'autres observations testeront ces prédictions, bien que Özel soupçonne que l'apparence de base de l'ombre du trou noir devrait rester prévisible, même sous différents angles ou à différents moments.


Les astronomes trouvent le trou noir le plus proche de la Terre, se cachant à la vue

On pense que la Voie lactée contient des centaines de millions de trous noirs. Mais seules quelques dizaines se sont révélées à travers la lueur des rayons X des gaz chauds qui les entourent. Maintenant, les astronomes ont trouvé un trou noir « noir » à seulement 1 000 années-lumière de la Terre, juste en bas de la route en termes galactiques. C'est le trou noir le plus proche de notre planète jamais découvert, dans un système stellaire visible à l'œil nu. "Ils ont de bonnes preuves", déclare Todd Thompson, astronome à l'Ohio State University, Columbus. "Je les crois."

La nature invisible de la plupart des trous noirs frustre les astronomes, qui ne peuvent en apprendre davantage sur cette dernière étape de l'évolution stellaire qu'à partir des quelques dizaines qui ont été trouvées en train de chauffer un «disque d'accrétion» - un gaz tourbillonnant qu'ils engloutissent. Récemment, cependant, les astronomes ont trouvé plusieurs candidats nus et non accrètes, en utilisant une technique empruntée aux recherches d'exoplanètes. Les chasseurs d'exoplanètes recherchent des changements périodiques dans la fréquence de la lumière des étoiles lorsqu'elle se rapproche et s'éloigne de la Terre. Cela peut être causé par la gravité d'un compagnon en orbite invisible tirant dessus. Un petit remorqueur indique une planète légère, un remorqueur plus gros pourrait être le signe d'un trou noir.

Thomas Rivinius, astronome de l'Observatoire européen austral (ESO), et ses collègues ont ainsi étudié le système stellaire inhabituel HR 6819 à l'aide d'un télescope de 2,2 mètres au Chili, exploité par l'ESO et la Max Planck Society. Ils pensaient qu'il s'agissait d'un système binaire, mais il y avait une oscillation supplémentaire dans les changements de lumière périodiques de l'une des étoiles qui indiquait que quelque chose d'autre affirmait sa présence. Il s'est avéré qu'il s'agissait d'un système triple, avec une étoile sur une orbite rapide de 40 jours avec un compagnon invisible et une autre étoile sur une trajectoire plus lointaine et plus lente, écrivent-ils aujourd'hui dans Astronomy & Astrophysics. La masse du compagnon invisible était suffisamment grande – quatre fois la masse du Soleil – pour que, s'il s'agissait d'une étoile, « nous l'aurions vue », dit Rivinius.

Pour être sûr que le compagnon est un trou noir, les chercheurs examineront de plus près le système. L'équipe a demandé du temps pour utiliser l'interféromètre optique de l'ESO, un appareil qui combine la lumière de télescopes séparés pour atteindre la résolution d'un télescope beaucoup plus grand. "Nous ne verrions pas le trou noir", dit Rivinius, mais ils devraient voir l'une des étoiles "orbiter autour de quelque chose d'autre qui n'est pas là".

L'équipe a eu la chance de tomber sur un tel système, explique l'astronome Benjamin Giesers de l'Université de Göttingen. "Il faut observer beaucoup d'étoiles pour en trouver une." Lui et ses collègues ont étudié 25 amas globulaires, des ruches d'étoiles autour de la Voie lactée qui contiennent chacune des centaines de milliers d'étoiles. En 2017, ils ont trouvé un candidat trou noir, environ 4,5 fois la masse du Soleil, tirant sur son étoile compagne.

En 2019, Thompson et ses collègues ont également eu de la chance, après avoir parcouru les données du Sloan Digital Sky Survey et utilisé le All-Sky Automated Survey for Supernovae pour réduire les chiffres. "Nous recherchions une star qui ferait quelque chose qu'elle ne devrait pas faire", dit-il. Ils ont finalement trouvé une étoile géante en rotation rapide appelée 2MASS J05215658+4359220, qui, d'après ses oscillations, indiquait un compagnon trou noir d'environ 3,5 masses solaires. L'étude de systèmes tels que celui-ci et le HR 6819 aidera les astronomes à « comprendre le fonctionnement des binaires et la formation des trous noirs », explique Thompson. La nouvelle découverte « est très proche et lumineuse », dit-il. « Ce sera bien étudié.

Il ajoute une note de prudence car certains candidats aux trous noirs n'ont pas survécu à un examen plus approfondi. «Je pense que rien n'est à toute épreuve. Il faut être sceptique. » Mais le fait que les trous noirs non accrètes commencent à se montrer dans les systèmes binaires et triples suggère qu'il doit y en avoir beaucoup plus isolés, certains encore plus proches que le HR 6819.


Une expérience unique pour explorer les trous noirs

Que se passe-t-il lorsque deux trous noirs supermassifs entrent en collision ? La combinaison de la puissance d'observation de deux futures missions de l'ESA, Athena et LISA, permettrait d'étudier pour la première fois ces affrontements cosmiques et leurs mystérieuses conséquences.

Les trous noirs supermassifs, avec des masses allant de millions à des milliards de Soleils, se trouvent au cœur de la plupart des galaxies massives de l'Univers. Nous ne savons pas exactement comment ces objets énormes et extrêmement denses ont pris forme, ni ce qui déclenche une fraction d'entre eux pour commencer à dévorer la matière environnante à des taux extrêmement intenses, rayonnant abondamment à travers le spectre électromagnétique et transformant leurs galaxies hôtes en «noyaux galactiques actifs '.

S'attaquer à ces questions ouvertes en astrophysique moderne est l'un des principaux objectifs de deux futures missions du programme de sciences spatiales de l'ESA : Athena, le télescope avancé pour l'astrophysique des hautes énergies, et LISA, l'antenne spatiale de l'interféromètre laser. Actuellement en phase d'étude, le lancement des deux missions est prévu au début des années 2030.

« Athena et LISA sont deux missions exceptionnelles qui devraient faire des percées dans de nombreux domaines de l'astrophysique », déclare Günther Hasinger, directeur scientifique de l'ESA.

"Mais il y a une expérience extrêmement excitante que nous ne pourrions réaliser que si les deux missions sont opérationnelles en même temps pendant au moins quelques années : apporter du son aux" films cosmiques "en observant la fusion de trous noirs supermassifs à la fois dans les rayons X et les ondes gravitationnelles.

« Avec cette opportunité unique d'effectuer des observations sans précédent de l'un des phénomènes les plus fascinants du cosmos, la synergie entre Athena et LISA augmenterait considérablement le rendement scientifique des deux missions, assurant ainsi le leadership européen dans un domaine de recherche nouveau et clé. »

Athena sera le plus grand observatoire à rayons X jamais construit, étudiant certains des phénomènes les plus chauds et les plus énergétiques du cosmos avec une précision et une profondeur sans précédent.

Il est conçu pour répondre à deux questions fondamentales : comment les trous noirs supermassifs au centre des galaxies se forment et évoluent, et comment la matière « ordinaire » s'assemble, avec la matière noire invisible, pour former la « toile cosmique » vaporeuse qui imprègne l'Univers.

"Athena va mesurer plusieurs centaines de milliers de trous noirs, de relativement proche à lointain, en observant l'émission de rayons X de la matière chaude à un million de degrés dans leur environnement", a déclaré Matteo Guainazzi, scientifique de l'étude Athena à l'ESA.

"Nous nous intéressons particulièrement aux trous noirs les plus lointains, ceux qui se sont formés dans les premières centaines de millions d'années de l'histoire de l'Univers, et nous espérons pouvoir enfin comprendre comment ils se sont formés."

Pendant ce temps, LISA sera le premier observatoire spatial des ondes gravitationnelles - des fluctuations dans le tissu de l'espace-temps produites par l'accélération d'objets cosmiques avec des champs de gravité très forts, comme des paires de trous noirs fusionnants.

L'astronomie des ondes gravitationnelles, inaugurée il y a seulement quelques années, se limite actuellement aux ondes haute fréquence qui peuvent être sondées par des expériences au sol comme LIGO et Virgo. Ces expériences sont sensibles aux fusions de trous noirs relativement petits – quelques fois à quelques dizaines de fois plus massifs que le Soleil.

Le LISA étendra ces études en détectant les ondes gravitationnelles à basse fréquence, telles que celles libérées lors de la collision de deux trous noirs supermassifs lors d'une fusion de galaxies.

« LISA sera la première mission de ce type, à la recherche principalement d'ondes gravitationnelles provenant de trous noirs supermassifs se brisant les uns les autres », explique Paul McNamara, scientifique de l'étude LISA à l'ESA.

"C'est l'un des phénomènes les plus énergétiques que nous connaissions, libérant plus d'énergie que tout l'Univers au repos à tout moment. Si deux trous noirs supermassifs fusionnent n'importe où dans le cosmos, LISA le verra. »

Les premiers événements d'ondes gravitationnelles détectés par LIGO et Virgo entre 2015 et 2017 provenaient tous de paires de trous noirs de masse stellaire, connus pour ne pas émettre de lumière lors de la coalescence. Puis, en août 2017, des ondes gravitationnelles provenant d'une source différente – la fusion de deux étoiles à neutrons – ont été découvertes.

Cette fois, les ondes gravitationnelles étaient accompagnées d'un rayonnement à travers le spectre électromagnétique, facilement observable avec une multitude de télescopes sur Terre et dans l'espace. En combinant les informations des différents types d'observations dans une approche connue sous le nom d'astronomie multi-messagers, les scientifiques ont pu approfondir les détails de ce phénomène jamais observé auparavant.

Avec Athena et LISA ensemble, nous serions en mesure d'appliquer l'astronomie multi-messagers aux trous noirs supermassifs pour la première fois. Les simulations prédisent que leurs fusions, contrairement à celles de leurs homologues de masse stellaire, émettent à la fois des ondes gravitationnelles et des radiations – ces dernières provenant du gaz interstellaire chaud des deux galaxies en collision agitées par la paire de trous noirs lorsqu'elles tombent l'une vers l'autre.

LISA détectera les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs en spirale environ un mois avant leur coalescence finale, alors qu'ils sont encore séparés par une distance équivalente à plusieurs fois leurs rayons. Les scientifiques s'attendent à ce qu'une fraction des fusions trouvées par LISA, en particulier celles à des distances de quelques milliards d'années-lumière de nous, donneront lieu à un signal de rayons X qui pourra éventuellement être vu par Athéna.

« Lorsque LISA détectera un signal pour la première fois, nous ne saurons pas encore d'où il vient exactement, car LISA est un capteur couvrant tout le ciel, il fonctionne donc plus comme un microphone que comme un télescope », explique Paul.

"Cependant, à mesure que les trous noirs s'inspirent les uns vers les autres, l'amplitude de leur signal d'onde gravitationnelle augmente. Ceci, couplé au mouvement des satellites le long de leurs orbites, permettra à LISA d'améliorer progressivement la localisation de la source dans le ciel, jusqu'au moment où les trous noirs fusionnent enfin.

Quelques jours avant la phase finale de la fusion, les données des ondes gravitationnelles limiteront la position de la source à une tache sur le ciel mesurant environ 10 degrés carrés – environ 50 fois la surface de la pleine Lune.

C'est encore assez gros, mais cela permettrait à Athéna de commencer à scruter le ciel pour rechercher un signal de rayons X de cet affrontement titanesque. Les simulations indiquent que les deux trous noirs en spirale modulent le mouvement du gaz environnant, il est donc probable que la signature des rayons X aura une fréquence proportionnelle à celle du signal d'onde gravitationnelle.

Ensuite, quelques heures seulement avant la coalescence finale des trous noirs, LISA peut fournir une indication beaucoup plus précise dans le ciel, à peu près la taille du champ de vision du Wide Field Imager (WFI) d'Athena, donc l'observatoire à rayons X peut pointer directement vers la source.

« Capter le signal de rayons X avant que les trous noirs n'en deviennent un sera très difficile, mais nous sommes assez confiants de pouvoir effectuer une détection pendant et après la fusion », explique Matteo.

"Nous pourrions voir l'émergence d'une nouvelle source de rayons X, et peut-être assister à la naissance d'un noyau galactique actif, avec des jets de particules de haute énergie lancés à une vitesse proche de la vitesse de la lumière au-dessus et au-delà du trou noir nouvellement formé. "

Nous n'avons jamais observé de fusion de trous noirs supermassifs – nous n'avons pas encore les installations pour de telles observations. Premièrement, nous avons besoin de LISA pour détecter les ondes gravitationnelles et nous dire où regarder dans le ciel, puis nous avons besoin d'Athena pour l'observer avec une grande précision aux rayons X pour voir comment la puissante collision affecte le gaz entourant les trous noirs. Nous pouvons utiliser la théorie et les simulations pour prédire ce qui pourrait arriver, mais nous devons combiner ces deux grandes missions pour le découvrir.

Il y a cent ans ce mois-ci, le 29 mai 1919, les observations des positions des étoiles lors d'une éclipse totale de Soleil ont fourni la première preuve empirique de la courbure gravitationnelle de la lumière prédite quelques années plus tôt par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.

Cette éclipse historique a inauguré un siècle d'expériences gravitationnelles sur Terre et dans l'espace, ouvrant la voie à des missions inspirantes comme Athena et LISA, et à des découvertes plus passionnantes.

Athena a été sélectionnée comme deuxième grande mission (L2) dans le programme Cosmic Vision de l'ESA en 2014, et LISA comme troisième grande mission (L3) en 2017. La science supplémentaire qui pourrait être réalisée avec les deux missions fonctionnant conjointement est décrite dans un blanc 2019 document du groupe de travail synergie Athena-LISA.

Athena est une mission dirigée par l'ESA avec des contributions importantes de la NASA et de la JAXA. L'instrument WFI est fourni par un consortium international dirigé par l'Institut Max Planck de physique extraterrestre en Allemagne, impliquant plusieurs États membres de l'ESA et les États-Unis. L'instrument X-IFU est fourni par un consortium international mené par la France (avec l'IRAP comme PI Institute et le CNES comme autorité de gestion), les Pays-Bas (SRON, Co-PI institute) et l'Italie (INAF-IAPS, Co-PI institute ), avec des contributions supplémentaires de plusieurs États membres de l'ESA, du Japon et des États-Unis.

LISA est une mission dirigée par l'ESA avec des contributions importantes de la NASA. Le consortium LISA, dirigé par le Max Planck Institute for Gravitational Physics en Allemagne, implique plusieurs États membres de l'ESA et les États-Unis.

Pour plus d'informations, veuillez contacter :

Matteo Guainazzi
Scientifique de l'étude Athéna
Agence spatiale européenne
Courriel : [email protected]

Paul McNamara
Scientifique de l'étude LISA
Agence spatiale européenne
Courriel : [email protected]

Markus Bauer
Chargée de communication scientifique ESA
Tél. : +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Courriel : [email protected]

Sur Terre, nous faisons face à la gravité tous les jours. Nous le ressentons, nous le combattons et, plus important encore, nous enquêtons dessus. Les agences spatiales telles que l'ESA lancent régulièrement des engins spatiaux contre la gravité de notre planète, et parfois ces engins spatiaux empruntent la gravité de la Terre ou d'autres planètes pour atteindre des endroits intéressants du système solaire. Nous étudions le champ de gravité de la Terre depuis l'orbite et effectuons des expériences sur des vols paraboliques, des fusées-sondes et la Station spatiale internationale pour examiner une variété de systèmes dans différentes conditions gravitationnelles. Sur les plus grandes échelles, nos missions scientifiques spatiales explorent comment la gravité affecte les planètes, les étoiles et les galaxies à travers le cosmos et sondent comment la matière se comporte dans le fort gravitationnel champ créé par certains des objets les plus extrêmes de l'Univers comme les trous noirs. Rejoignez la conversation en ligne cette semaine en suivant le hashtag #GravityRules


Vous pouvez « voir » le trou noir connu le plus proche de la Terre à l'œil nu

Il y a un trou noir dans notre jardin. Les astronomes ont trouvé le trou noir le plus proche à seulement 1000 années-lumière de la Terre, assez près pour voir les étoiles qui l'orbitent sans télescope.

Marianne Heida à l'Observatoire européen austral en Allemagne, et ses collègues ont repéré ce trou noir complètement par accident. Il fait partie d'un système appelé HR 6819 qui contient également deux étoiles. L'équipe recherchait des paires d'étoiles dont l'une était d'un type qui tourne si rapidement qu'elle projette de la matière de son équateur, créant une sorte d'anneau à partir de son propre plasma.

Ils ont trouvé HR 6819, qui a une de celles-ci plus une étoile normale, mais l'étoile normale semblait être en orbite autour d'un espace vide une fois tous les 40 jours. Cela s'est avéré être un trou noir au moins quatre fois plus massif que le soleil, invisible car il ne dévore activement aucune matière.

Publicité

Lire la suite : Que se passerait-il si vous étiez aspiré dans un trou noir ?

"Il doit y avoir un tas d'entre eux plus proches que nous n'avons pas encore trouvés, mais c'est le plus proche que nous connaissons", dit Heida. « Sur la base du nombre d'étoiles dans la Voie lactée, nous nous attendons à ce qu'il y ait environ 100 millions de ces petits trous noirs, et nous n'en avons trouvé que moins de 100. » Si les trous noirs étaient répartis uniformément dans toute la galaxie, les plus proches devraient être à seulement 30 à 40 années-lumière, dit-elle.

Non seulement c'est le trou noir le plus proche que nous ayons trouvé, mais c'est aussi le premier qui a été repéré dans un système triple et l'un des très rares trous noirs inactifs qui ont été repérés. La plupart des trous noirs sont probablement pratiquement invisibles comme celui-ci, donc en trouver plus peut nous aider à comprendre exactement combien de trous noirs il y a dans notre galaxie.

Heureusement, ce trou noir est suffisamment éloigné pour que nous n'ayons pas à nous en préoccuper. « La Terre n'est pas en danger », dit Heida. "Étant donné qu'il y a deux étoiles qui sont beaucoup plus proches que nous, et qu'elles ne tombent pas, nous ne tomberons pas."

Mais si vous voulez garder un œil dessus, le système peut être vu dans le ciel de l'hémisphère sud, dans la constellation du Télescope.

Référence de la revue : Astronomie et astrophysique, DOI : 10.1051/0004-6361/202038020


Trous noirs

Un trou noir est un corps céleste super dense dont la gravité est si forte que même pas une seule particule de lumière ne peut s'échapper. Le corps est si dense qu'un minuscule grain de poussière provenant d'un trou noir pèserait plusieurs millions de tonnes. Les trous noirs ont été découverts par Stephen Hawking, qui a prouvé leur existence par inférence. Dans ce projet, vous étudierez les trous noirs et concevrez votre propre expérience de pensée.

Matériaux:

  • Ordinateur avec accès Internet
  • Imprimante couleur
  • Appareil photo numérique
  • Fournitures typiques de bureau/passe-temps/matériel/artisanat (papier, panneau d'affichage, colle, etc.).

Procédure expérimentale:

  1. Étudiez attentivement la littérature connexe (voir bibliographie ci-dessous).
  2. Répondez à tous les termes et questions de recherche mentionnés ici.
  3. Recherchez et imprimez des images intéressantes en rapport avec votre sujet.
  4. Concevez votre propre expérience de pensée originale sur les trous noirs.
  5. Analysez vos données.
  6. Préparez un rapport détaillé.
  7. Incluez des graphiques, des diagrammes et des modèles dans votre exposition d'expo-sciences.

Termes/Concepts : Trous noirs Stephen HawkingPhysique théoriqueExpérience de pensée

    (Informations de base sur les trous noirs) (Informations détaillées sur les trous noirs) (Black Holes & ndash FAQ) (Expériences de pensée sur les trous noirs)
  • Recherches Internet de votre choix. Recherchez des mots ou des termes répertoriés ici, ou créez vos propres phrases. Cliquez sur les résultats que vous trouvez intéressants. Amusez-vous à surfer sur le net !

Avis de non-responsabilité et précautions de sécurité

Education.com fournit les idées de projets d'expo-sciences à titre informatif uniquement. Education.com ne fait aucune garantie ou représentation concernant les idées de projets d'expo-sciences et n'est pas responsable de toute perte ou dommage, directement ou indirectement, causé par votre utilisation de ces informations. En accédant aux idées de projets d'expo-sciences, vous renoncez et renoncez à toute réclamation contre Education.com qui en découlerait. De plus, votre accès au site Web d'Education.com et aux idées de projets d'expo-sciences est couvert par la politique de confidentialité et les conditions d'utilisation du site d'Education.com, qui incluent des limitations de la responsabilité d'Education.com.

Un avertissement est donné par la présente que toutes les idées de projets ne sont pas appropriées pour tous les individus ou en toutes circonstances. La mise en œuvre de toute idée de projet scientifique ne doit être entreprise que dans des cadres appropriés et avec une supervision parentale ou autre appropriée. La lecture et le respect des précautions de sécurité de tous les matériaux utilisés dans un projet relèvent de la seule responsabilité de chaque individu. Pour plus d'informations, consultez le manuel de sécurité scientifique de votre état.


Une nouvelle carte aux rayons X révèle la croissance des trous noirs supermassifs dans les champs d'enquête de nouvelle génération

L'image XMM-Newton du champ W-CDF-S de 4,6 degrés carrés révèle la vue large et sensible du ciel aux rayons X fournie par XMM-SERVS. Les sources détectées, dont la plupart sont des trous noirs supermassifs en croissance, sont codées par couleur en fonction des énergies des rayons X détectés (le rouge ayant les énergies les plus faibles et le bleu les plus élevées). Le contour blanc indique la zone du Chandra Deep Field-South, un levé ultraprofond bien connu aux rayons X à faisceau crayon. The image highlights how XMM-SERVS has now provided sensitive panoramic X-ray imaging around this survey. The XMM-Newton image covers an area about 20 times larger than the apparent size of the full moon, shown to scale at upper left. Credit: ESA/XMM-Newton/XMM-SERVS Collaboration/Q. Ni et al.

One of the largest X-ray surveys using the European Space Agency's XMM-Newton space observatory has mapped nearly 12,000 X-ray sources across three large, prime regions of the sky. The X-ray sources represent active galactic nuclei and galaxy clusters, and the survey captures the growth of the supermassive black holes at the cores of these galaxies. This X-ray survey complements previous X-ray surveys, allowing the researchers to map active galactic nuclei in a wide range of cosmic environments.

Qingling Ni and W. Niel Brandt from Penn State will present the results of the XMM-Spitzer Extragalactic Representative Volume Survey (XMM-SERVS) at a press briefing being held Monday, June 7, at 4:30 p.m. during the 238th meeting of the American Astronomical Society. A paper describing the survey, by an international team of astronomers, has been submitted to the Astrophysical Journal Supplement.

"X-ray surveys are the best way to find growing supermassive black holes, which are located at the cores of many large galaxies," said Ni, a graduate student at Penn State and lead author of the paper. "With this massive new survey, we can access population data about growing supermassive black holes to better understand their physical properties and evolution over cosmic history."

Currently available X-ray surveys are primarily either deep "pencil-beam" surveys covering a very small part of the sky or shallow surveys covering large sky areas. Deep pencil-beam surveys can only sample active galactic nuclei in a limited cosmic volume, and they lack the ability to explore a wide dynamic range of cosmic environments. Shallow, wide-field surveys can sample a wider variety of environments but lack the sensitivity to detect the bulk of cosmic supermassive black hole growth.

XMM-Newton image of the 3.2-square-degree ELAIS-S1 field, which is about 15 times larger than the apparent size of the full moon (shown to scale at lower right). XMM-SERVS provides a wide, sensitive X-ray view of this region. Credit: ESA/XMM-Newton/XMM-SERVS Collaboration/Q. Ni et al.

The new XMM-SERVS survey helps to fill the gap between deep pencil-beam X-ray surveys and shallow X-ray surveys over large sky areas. The XMM-SERVS survey provides medium-deep X-ray coverage for three widely separated sky fields that have previously been studied at multiple wavelengths. Additionally, these regions have been selected as Deep-Drilling Fields of the Legacy Survey of Space and Time (LSST) to be conducted by the Vera C. Rubin Observatory. The Rubin Observatory is an 8.4-meter giant survey telescope located in north-central Chile, which is presently being constructed at a cost of more than $600 million. It represents one of the largest investments of the worldwide astronomical community in this decade.

The LSST Deep-Drilling Fields are sky regions where substantially more observations will be obtained compared to typical sky regions during the ten-year LSST survey, enabling new scientific discoveries. The XMM-SERVS survey fields are also the sites of multiple other upcoming surveys at radio, submillimeter, infrared, and optical wavelengths. One of the XMM-SERVS survey fields is also among the Deep Fields of the €600-million space mission Euclid that will launch in 2022. Thus, the X-ray coverage provided by XMM-SERVS has enormous legacy value in conjunction with these other rich datasets.

"These sky fields span a wide variety of cosmic environments," said Ni. "So we are getting a view of supermassive black hole growth that is hopefully unbiased by local cosmic factors. Additionally, over the past decade astronomers have established that there is a strong correlation between black-hole growth and the properties of galaxies, but the limited sample size restricted these studies to proper investigation of only a few galaxy parameters. Our new large sample of growing supermassive black holes will allow us to look at many more galaxy parameters together."

XMM-Newton image of the 5.3-square-degree XMM-LSS field, which is about 25 times larger than the apparent size of the full moon (shown to scale at lower right). XMM-LSS was the first XMM-SERVS field to have been observed by XMM-Newton. Chien-Ting Chen, a former postdoctoral researcher at Penn State who is now an astronomer at USRA, led the work for this field (see Chen et al. 2018, Mon. Not. Roy. Ast. Soc.). XMM-SERVS provides a wide, sensitive X-ray view of this region. Credit: ESA/XMM-Newton/XMM-SERVS Collaboration/Q. Ni et al.

The fields covered by the XMM-SERVS survey are the Wide Chandra Deep Field-South (W-CDF-S), the European Large-Area Infrared Space Observatory S1 Survey (ELAIS-S1), and the XMM-Newton Large-Scale Structure Survey (XMM-LSS). These sky areas, each spanning a few square degrees, are already among the best-studied fields in the sky, and with the coming LSST and other coverage they will be prime next-generation survey fields.

"This survey represents key foundational work upon which, I suspect, hundreds of studies will be built over the next decade or two," said Brandt, Verne M. Willaman Professor of Astronomy and Astrophysics and professor of physics at Penn State, and one of the leaders of the study. "XMM-Newton was the best mission to gather these data, and we needed to invest a lot of observation time for this study—with a total combined exposure of nearly 60 days—because it will be so important for active galaxy studies, galaxy cluster studies, and for understanding large-scale structures in the universe. It required a multiyear, multinational effort and it's incredibly gratifying to get it done. We are most grateful to the European Space Agency and NASA for their long-term support of this work."


Commentaires

Very interesting and thorough, thanks!

"Finding one in April already is promising, even if we’ve lost the chance to find its light counterpart."

Yes, it was bitter sweet to follow the loss since the first detection raised expectations of "another one like it". I know that down the line the data on neutron stars innards that we may see from black hole-neutron star mergers will be interesting - and it was a new discovery - but right now I am more excited by the binary neutron star merger. The first one allowed an entirely independent (though uncertain) measure of local Hubble rate, and just another data point would be interesting to see if it keeps coming in between the different local (supernova only) and the global (all data) rates.

I hear we don't even need 100ish of binary neutron star mergers from the naive statistical estimate to get uncertainty down to 1/10 of today, but perhaps 20-30? So hopefully 2-3 years instead of the 5ish years that was initially mentioned.


Astro 101: Black Holes

to stars? What would happen if you fell into one? How do you see a black hole if they emit no light? What’s the difference between a black hole and a really dark star? Could a particle accelerator create a black hole? Can a black hole also be a worm hole or a time machine? In Astro 101: Black Holes, you will explore the concepts behind black holes. Using the theme of black holes, you will learn the basic ideas of astronomy, relativity, and quantum physics. After completing this course, you will be able to: • Describe the essential properties of black holes. • Explain recent black hole research using plain language and appropriate analogies. • Compare black holes in popular culture to modern physics to distinguish science fact from science fiction. • Describe the application of fundamental physical concepts including gravity, special and general relativity, and quantum mechanics to reported scientific observations. • Recognize different types of stars and distinguish which stars can potentially become black holes. • Differentiate types of black holes and classify each type as observed or theoretical. • Characterize formation theories associated with each type of black hole. • Identify different ways of detecting black holes, and appropriate technologies associated with each detection method. • Summarize the puzzles facing black hole researchers in modern science.