Les astronomes (et toute l'humanité) passent des vacances: la première image d'un trou noir est présentée. Il a été créé à l'aide du télescope Event Horizon (EHT), un télescope virtuel composé de plusieurs radiotélescopes à travers le monde. L'image montre du matériel autour d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie éloignée de 55 millions d'années-lumière. Et oui, un trou noir est une physique concentrée, des phénomènes gravitationnels fous à la limite du possible et de l'impossible, des conditions extrêmes (vous pouvez en savoir plus sur le fonctionnement des trous noirs ici). Mais il y a plusieurs questions.
Un trou noir est-il difficile à voir parce qu'il est noir?
Ne pas. C'est, oui. C'est vrai: les trous noirs sont noirs. Habituellement, nous voyons toutes sortes d'étoiles et tout, car la lumière qu'elles émettent atteint nos télescopes (ou directement dans nos yeux), et nous l'enregistrons. Les trous noirs sont vraiment noirs. Ils n'émettent pas de lumière visible (en raison de tours gravitationnels complexes), ils ne peuvent donc pas être vus.
Mais ce n'est pas un gros problème. Si nous avions un trou noir dans notre système solaire, vous le verriez. Vous verriez la courbure de l'espace par sa présence et vous verriez la substance qui tourne autour de cet entonnoir. Si vous avez vu le film Interstellar, il montre une visualisation à peu près précise d'un trou noir - réalisée par l'astrophysicien Kip Thorne.
Le trou noir est difficile à voir car il est minuscule. Eh bien, d'accord, pas aussi petite qu'une fourmi, par exemple. Elle est minuscule dans le sens où une personne est minuscule lorsqu'elle est vue à une distance d'un kilomètre. Le meilleur terme serait la taille angulaire. Si vous tournez la tête en cercle, vous obtenez une vue panoramique à 360 degrés (mais n'oubliez pas de tourner votre corps également, sinon vous plierez votre cou). Si vous gardez votre pouce à bout de bras, la taille angulaire est d'environ un demi-degré. La lune a à peu près la même taille angulaire, vous pouvez donc la couvrir avec votre pouce.
Qu'en est-il de la taille du trou noir? Oui, c'est énorme. Il est également distant de 55 millions d'années-lumière. Cela signifie qu'il faudra 55 millions d'années pour que la lumière voyage aussi loin. C'est incroyablement loin. Mais la taille angulaire nous en empêche vraiment. Un trou noir (au moins sa partie visible) a une taille angulaire d'environ 40 microarsecondes.
Qu'est-ce qu'une microarxseconde? Comme vous le savez, le cercle est décomposé en degrés (et ce depuis longtemps). Chaque degré peut être divisé en 60 minutes d'arc et chaque minute correspond à 60 secondes d'arc. Si vous divisez une seconde d'arc en un million de parties, vous obtenez une micro-seconde. Rappelez-vous que la taille angulaire de la lune est de 0,5 degré (vue de la Terre)? Cela signifie que la taille angulaire de la lune est 45 millions de fois plus grande que la taille d'un trou noir. Le trou noir est minuscule en termes de taille angulaire.
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Mais ce n'est pas tout. En raison de la diffraction, nous ne pouvons pas voir des objets de petites tailles angulaires. Lorsque la lumière traverse une ouverture (par exemple, à travers un télescope ou dans l'œil), elle est diffusée. Il se plie de telle manière qu'il interfère avec le reste de la lumière passant à travers le trou. Dans le cas de l'œil, cela signifie que les gens peuvent distinguer des objets d'une taille angulaire d'environ 1 minute d'arc.
Et cela signifie également que quelque chose d'aussi petit qu'un trou noir est difficile à capturer sur une photo.
Comment surmonter la limite de diffraction?
Admettons. Les choses de minuscules dimensions angulaires sont vraiment difficiles à voir - comment pouvons-nous alors voir le matériau autour d'un trou noir? La résolution angulaire d'un télescope ne dépend en réalité que de deux choses: la taille du trou et la longueur d'onde de la lumière. L'utilisation de longueurs d'onde plus courtes (comme les rayons ultraviolets ou les rayons X) donne une meilleure résolution. Mais dans ce cas, le télescope utilise la longueur d'onde de la lumière dans la gamme millimétrique. C'est une longueur d'onde assez longue par rapport à la lumière visible, qui est de l'ordre de 500 nanomètres.
Et cela signifie que la seule façon de surmonter la limite de diffraction est d'agrandir le télescope. C'est ce qu'ils ont fait avec le télescope Event Horizon. En gros, c'est un télescope de la taille de la Terre. De la folie, mais vrai. En collectant des données à partir de plusieurs télescopes dans différentes parties du monde, vous pouvez combiner les données pour les transformer en données à partir d'un télescope GÉANT. Certes, vous devez essayer. Mais il y a aussi des problèmes avec cette méthode. Avec seulement quelques télescopes, l'équipe EHT utilise un certain nombre de techniques analytiques pour créer l'image la plus probable à partir des données collectées. Ils ont donc réussi à «dessiner» du matériel autour du trou noir.
Est-ce une vraie photo d'un trou noir?
Si vous regardez à travers un télescope et voyez Jupiter, vous voyez réellement Jupiter. Remarque: si vous ne l'avez pas encore fait, assurez-vous de l'essayer. C'est super. La lumière du soleil rebondit sur la surface de Jupiter, puis se déplace à travers un télescope dans votre œil. Boom. Jupiter. Il est réel.
Mais avec un trou noir, les choses sont un peu différentes. L'image que vous voyez n'est même pas dans la plage visible. Il s'agit d'une image radio créée à partir des longueurs d'onde de la lumière. Quelle est la différence entre les ondes radio et la lumière visible ordinaire? En fait, la différence n'est que dans la longueur d'onde.
La lumière et les ondes radio sont des ondes électromagnétiques. Il s'agit de la propagation d'un champ électrique changeant avec un champ magnétique changeant (simultanément). Ces ondes voyagent à la vitesse de la lumière - parce qu'elles sont légères. Cependant, comme la radio et la lumière visible ont des longueurs d'onde différentes, elles interagissent différemment avec la matière. Si vous allumez la radio chez vous, vous recevrez un signal de la station de radio la plus proche. Ces ondes radio traversent les murs. Et les visibles ne passent pas.
Il en va de même pour les images. Si vous avez la lumière visible d'un objet, vous pouvez le voir avec vos yeux et enregistrer cette image sur film ou avec un enregistreur numérique. Cette image peut ensuite être affichée sur un écran d'ordinateur et, en fait, visualisée. C'est ainsi que vous pouvez voir une image de la lune.
Quant au matériau autour du trou noir, ce n'est pas une image visible. Ceci est une image radio. Chaque pixel de l'image représente une longueur d'onde spécifique, mais des ondes radio. Les parties orange sont des représentations en fausses couleurs de l'onde de 1 millimètre. La même chose se produit lorsque nous voulons "voir" une image dans le domaine infrarouge ou ultraviolet. Nous devons convertir ces longueurs d'onde en ce que nous pouvons voir.
Donc, cette photo d'un trou noir n'est pas une photographie ordinaire.
Ilya Khel
