Les trous noirs sont peut-être les objets les plus étranges et les plus mystérieux de l'univers connu. Personne ne les a vus, mais les scientifiques sont sûrs qu'ils existent. Ils ne sont pas seulement prédits par Einstein, leur présence est indirectement confirmée par l'influence qu'ils exercent sur l'espace-temps qui les entoure. Nous savons quelque chose sur ces objets, mais nous n'en savons pas plus. Selon les scientifiques, comprendre le phénomène des trous noirs et, en particulier, les processus qui se produisent en leur centre, nous permettra non seulement de comprendre, mais aussi nous donnera l'occasion de contrôler les forces très fondamentales de la nature, par exemple, la même gravité.
Chaque année, des scientifiques rapportent des découvertes liées aux trous noirs, étape par étape, conduisant à une meilleure compréhension de leur nature. Aujourd'hui, nous allons parler des dix plus récents.
De nombreux trous noirs de masse intermédiaire
Parmi la famille des trous noirs, les plus importants sont peut-être les trous noirs dits de masse moyenne (ou intermédiaire). Ce sont des trous noirs dont la masse est bien supérieure à la masse des trous noirs de magnitude stellaire (de 10 à plusieurs dizaines de masses solaires), mais bien inférieure à celle des trous noirs supermassifs (d'un million à des centaines de millions de masses solaires). Auparavant, on supposait que ce type de trou noir se produit beaucoup moins souvent que les deux autres classes indiquées, mais une découverte récente a réfuté cette opinion.
En 2018, les scientifiques ont trouvé un endroit où ces objets sont le plus souvent trouvés. Pour des raisons inexpliquées jusqu'à présent, les trous noirs de masse moyenne se trouvent le plus souvent au centre des petites galaxies. Une fois que les scientifiques l'ont compris, le rare trou noir n'était plus rare. De plus, cette découverte peut aider à résoudre un autre mystère associé aux trous noirs.
L'une des questions les plus urgentes de l'astronomie moderne est la nature des trous noirs supermassifs. Les scientifiques ne peuvent pas comprendre comment certains des trous noirs supermassifs découverts dans des galaxies relativement compactes ont augmenté très rapidement en taille depuis le Big Bang. Ces mêmes trous noirs de masse moyenne peuvent indiquer la bonne réponse. Selon l'une des hypothèses, les trous noirs supermassifs auraient pu se développer à partir de trous noirs de masse moyenne, selon une autre - ils sont nés de cette façon depuis le tout début. Mais comment? Les scientifiques ne peuvent pas encore fournir de réponse exacte, mais il semble qu'ils commencent à aller dans la bonne direction.
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Objets mystérieux près du Sagittaire A *
Sagittaire A * est un trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie. Au début des années 2000, des scientifiques ont découvert deux objets mystérieux à côté. Ils ont été surnommés les objets de classe G et ont été à l'origine confondus avec des nuages de gaz et de poussière. Le mystère a commencé après que ces objets se sont approchés du trou noir. Au lieu d'être déchirés par la puissante gravité d'un trou noir supermassif, les objets G1 et G2 étaient en quelque sorte capables de survivre.
En 2018, les scientifiques ont découvert trois autres objets de classe G (G3, G4, G5) près du Sagittaire A *. L'analyse des données collectées sur 12 ans n'a finalement pas clarifié le tableau pour les astronomes. Les objets attirent l'attention pour leurs propriétés inhabituelles. Les cinq objets G ont les signatures visuelles caractéristiques des nuages de gaz, mais se comportent comme des étoiles de masse énorme.
Sur cette base, les scientifiques ont émis l'hypothèse qu'ils avaient rencontré un type d'étoiles très rare, inhabituel pour notre galaxie. Les scientifiques expliquent l'apparition de ces objets par les conditions uniques au voisinage d'un trou noir supermassif: ici, sous l'influence d'une puissante gravité, les étoiles binaires peuvent s'effondrer pour former un seul et grand objet enveloppé d'épaisses enveloppes de gaz et de poussière. Néanmoins, les scientifiques notent que tous les objets n'ont pas des orbites similaires autour du trou noir, ils ne peuvent donc pas encore expliquer avec précision la nature du phénomène qu'ils ont vu.
Le plus ancien trou noir
La découverte du plus ancien trou noir n'est pas qu'une question d'âge. La découverte de ce vieil homme peut nous aider à résoudre de nombreux mystères intéressants associés à l'époque où les premières étoiles de l'univers commençaient tout juste à s'enflammer.
Selon les scientifiques, le trou noir ULAS J1342 + 0928 découvert en 2017 n'est né qu'environ 690 millions d'années après le Big Bang. Alors que le cosmos n'avait que 5% de l'âge d'aujourd'hui, ce trou noir représentait déjà 800 millions de fois la masse de notre Soleil aujourd'hui.
L'objet est situé à environ 13,1 milliards d'années-lumière de la Terre et s'est formé pendant les premiers jours de l'univers. Cette période est souvent appelée l'ère de la réionisation, lorsque les premières étoiles, galaxies, amas et superamas de galaxies ont commencé à apparaître en raison de l'attraction gravitationnelle. Le tableau complet de la réionisation n'est toujours pas clair pour les scientifiques, de sorte que les trous noirs apparus pendant cette période peuvent certainement être l'une des sources les plus intéressantes de nouvelles informations.
Comme indiqué ci-dessus, les scientifiques ne peuvent pas non plus comprendre comment, en si peu de temps après le Big Bang, les trous noirs ont pu accumuler une énorme quantité de masse. Des objets comme ULAS J1342 + 0928 peuvent éclairer cette question, mais pour tirer des conclusions, il serait bien de trouver au moins quelques dinosaures spatiaux similaires. Malheureusement, les trous noirs de l'ère de la réionisation sont extrêmement rares.
Trou noir à croissance la plus rapide
En 2018, des scientifiques ont découvert le trou noir «affamé» dans l'univers connu. Chaque jour, chaque seconde, il consomme une masse équivalente à la masse de notre Soleil, grâce à laquelle il se développe également rapidement. Heureusement pour nous, elle est très loin. Si ce monstre était au centre de la Voie lactée, les rayons X qu'il crée stériliseraient la Terre de toute vie.
Lorsque les scientifiques ont découvert la première lumière du quasar J2157-3602 associée à ce trou noir, son âge a été estimé à 12 milliards d'années. Dès que les scientifiques ont confirmé qu'il y avait vraiment un trou noir à côté du quasar, sa masse était déjà d'environ 20 milliards de masses solaires. Pour le moment, les astronomes ne peuvent expliquer la raison de la croissance rapide du trou noir.
La seule chose que l'on sait à propos de cet objet est que ses appétits chauffent le gaz et la poussière environnants à un tel état que leur luminosité éclipsera facilement la lumière de presque toutes les étoiles du ciel.
Cluster caché
Un amas de galaxies peut contenir des centaines, voire des milliers de galaxies. Ces groupes sont considérés par les scientifiques comme certains des plus grands objets de l'univers. Pensez-vous qu'un tel monstre est impossible à cacher avec un seul objet spatial? Vous avez tort. Un quasar a prouvé le contraire.
L'objet découvert a été nommé PKS1353-341 et était à l'origine censé être une galaxie séparée, avec une région centrale incroyablement lumineuse. Cependant, des astronomes du Massachusetts Institute of Technology en 2018 ont découvert une vérité qui avait été cachée pendant plusieurs décennies depuis la découverte de l'objet. Il s'est avéré que l'objet n'est pas une galaxie, mais un seul quasar (une région de gaz chauds entourant un trou noir supermassif), situé au centre d'un amas de galaxies entier situé à 2,4 milliards d'années-lumière de la Terre.
Le quasar était si brillant qu'il a littéralement éclipsé tout l'espace environnant contenant des centaines de galaxies. Les scientifiques du MIT ont calculé sa luminosité et il s'est avéré qu'elle est 46 milliards de fois plus lumineuse que le Soleil. Selon les chercheurs, une telle luminosité extrême est associée à l'absorption d'une grande quantité de matière environnante par le trou noir supermassif central.
Systèmes doubles
Un autre mystère pour les scientifiques est le soi-disant double, c'est-à-dire des trous noirs appariés qui s'enroulent les uns autour des autres. Des cas de collisions de trous noirs ont déjà été notés par des scientifiques dans le passé. Deux ont été identifiés en 2015 et un de plus en 2017. Étonnamment, grâce à ce dernier, les scientifiques sont devenus pour la première fois les témoins directs d'un phénomène tout aussi rare.
Dans le signal reçu de la collision de deux trous noirs, des signes d'ondulations gravitationnelles de l'espace-temps ont été notés - un changement dans le champ gravitationnel, se propageant comme des ondes. Les deux trous noirs n'ont pas été détruits, mais ont plutôt été fusionnés en un seul tout - un trou noir supermassif, encore plus grand que ses ancêtres.
Les scientifiques ont deux hypothèses sur la nature de l'apparition de systèmes à partir de trous noirs binaires. Selon l'un d'eux, les trous noirs binaires apparaissent lorsque les systèmes d'étoiles binaires meurent. Selon le second, les trous noirs se forment indépendamment les uns des autres et après cela, dérivant dans l'espace, ils sont attirés les uns vers les autres sous l'influence des forces gravitationnelles.
Bulle mortelle
En 2018, les physiciens ont proposé un autre scénario de l'apocalypse: la Terre pourrait être détruite par des trous noirs. Un an plus tôt, le monde scientifique célébrait la confirmation de la découverte des ondes gravitationnelles, un phénomène qui étire et contracte le tissu de la réalité. Ce pouvoir est mortel.
Dans la nouvelle théorie, des scientifiques de l'Université de Princeton ont prédit l'un des scénarios de ce qui pourrait se passer si, à la suite de cataclysmes cosmiques à haute énergie (par exemple, lorsque deux trous noirs ou deux étoiles à neutrons fusionnent), les ondes gravitationnelles résultantes se heurtent.
À des fins d'illustration, les ondes gravitationnelles sont souvent comparées aux cercles dans l'eau qui se produisent lorsqu'une pierre est lancée. Cependant, si une particule ou un objet se déplace à la vitesse de la lumière, des ondes gravitationnelles planes peuvent apparaître. Selon les scientifiques, si les vagues sont suffisamment grandes, leur collision pourrait créer un trou noir géant qui changera l'espace et le temps sur une vaste zone de l'espace.
Si cela se produit à côté de la Terre, alors non seulement tous les êtres vivants, mais aussi la planète elle-même et tout le système solaire prendront fin.
Trou noir de voleur
Les scientifiques se sont à plusieurs reprises interrogés sur la possibilité d'une "éjection" des galaxies de leurs trous noirs centraux. Cependant, pendant longtemps, les astronomes n'ont pas pu trouver de preuves de ce phénomène. Mais en 2017, la galaxie 3C186 a offert aux explorateurs de l'espace une vraie surprise.
Selon les scientifiques, auparavant, la galaxie 3C186 était deux galaxies distinctes qui, à un moment donné de leur histoire, ont fusionné en une seule. La nouvelle galaxie a pris des contours et une forme assez clairs, au lieu de la structure prétendument désordonnée, mais la principale surprise a été présentée par son centre: les scientifiques, pleins d'espoir d'y trouver un trou noir supermassif, n'ont rien trouvé du tout.
Plus tard, le trou noir a encore été découvert, à seulement 35 000 années-lumière du centre galactique 3C186. Lorsque les deux amas d'étoiles sont entrés en collision, leurs trous noirs galactiques centraux sont entrés en collision, créant finalement un trou noir supermassif. Cet événement a très probablement créé des ondes gravitationnelles très puissantes qui ont poussé ce trou noir nouvellement formé hors de la galaxie, expliquent les scientifiques.
Cela s'est cependant avéré difficile, poursuivent les chercheurs. L'éjection d'un trou noir du centre galactique a nécessité une énergie équivalente à l'explosion de 100 millions de supernovae. Les scientifiques n'ont toujours pas compris ce qui s'est réellement passé là-bas, mais il devient déjà clair qu'il existe des forces qui peuvent résister même à la puissance des trous noirs eux-mêmes.
Fait intéressant, le trou noir voyou continue de se déplacer vers les bords de sa galaxie. Au rythme actuel, il sera complètement éjecté hors de lui dans environ 20 millions d'années.
Temps inverse
Les trous noirs se forment lors d'un effondrement gravitationnel (compression) d'une étoile suffisamment massive, ou de l'effondrement de la partie centrale de la galaxie ou du gaz protogalactique. En ce moment, une quantité colossale de rayonnement gamma est projetée dans l'espace. Ce dernier, à son tour, est l'événement électromagnétique le plus brillant se produisant dans l'Univers et n'est toujours pas entièrement compris par les scientifiques.
En 2018, des signes très étranges ont été découverts dans les signaux de rayons gamma capturés, ce qui, selon des chercheurs de la NASA, peut être interprété comme une «inversion du temps». En règle générale, chaque événement de rayon gamma émet une forme d'onde de signature qui ne se répète jamais. Les signaux détectés contenaient des anomalies qui, il s'est avéré, ne pouvaient être expliquées du point de vue d'aucun modèle théorique. Ces signaux étaient des structures spéciales en forme d'onde qui tournaient dans le temps comme si leur début était à la fin de la rafale et à la fin - dans les premiers instants de la rafale.
Pour certains physiciens, une telle observation suffisait à réclamer des preuves du renversement du temps. Selon une autre explication, très probablement plus réaliste, les rayons de l'émission de rayons gamma sur leur chemin pourraient entrer en collision avec de la matière, qui dotait les ondes d'une signature acceptée par les scientifiques pour le cours du temps inverse. Il est fort possible que les rayons heurtent une certaine accumulation de matière, qui agit sur eux comme une surface réfléchissante. Néanmoins, la possibilité n'est pas exclue que nous parlions d'une loi de physique complètement nouvelle, dont le premier exemple était les scientifiques en 2018.
Fantômes d'univers perdus
En août de cette année, le physicien britannique de l'Université d'Oxford Roger Penrose a fait une déclaration très forte. Lui et son équipe soutiennent qu'avant l'avènement de notre univers, c'est-à-dire avant le Big Bang, il y avait un autre univers. Cette conclusion a été motivée par une série d'anomalies lumineuses observées dans le rayonnement de fond micro-ondes, qui, selon Penrose, sont des spirales lumineuses laissées par des trous noirs qui appartenaient à l'univers précédent, qui existait avant le Big Bang.
Dans l'une de ses théories, le physicien britannique encore plus célèbre Stephen Hawking a suggéré que les trous noirs, après avoir perdu la majeure partie de leurs particules, disparaissent. Ces particules hypothétiques sont appelées gravitons. Ils n'ont pas de masse, pas de charge électrique ou autre, mais en même temps ils ont de l'énergie et participent donc à l'interaction gravitationnelle.
Lorsqu'un univers meurt et qu'un nouveau apparaît, ces gravitons, selon Penrose, font partie du nouvel univers. Le scientifique et ses collègues sont convaincus qu'ils ont trouvé ces «restes» survivants dans le rayonnement de fond des micro-ondes. Ils ont appelé les anomalies lumineuses détectées «les points de Stephen Hawking». Si les observations des scientifiques sont confirmées, nous ferons face à une révision sérieuse de la théorie du Big Bang.
Nikolay Khizhnyak