Une fois que vous entrez dans l'horizon des événements d'un trou noir, vous ne le quitterez jamais. Il n'y a aucune vitesse que vous pouvez prendre, pas même la vitesse de la lumière, pour vous sortir. Mais en relativité générale, l'espace est courbé en présence de masse et d'énergie, et la fusion des trous noirs est l'un des scénarios les plus extrêmes pour une telle courbure. Existe-t-il un moyen d'entrer dans un trou noir, de traverser l'horizon des événements puis de partir lorsque l'horizon des événements est courbé par une fusion massive?
Lorsque deux trous noirs fusionnent, la matière dans l'horizon des événements d'un trou noir peut-elle s'échapper? Peuvent-ils ramasser et migrer vers un autre (trou noir plus massif)? Que diriez-vous d'aller au-delà des deux horizons?
Cette idée est définitivement folle. Mais est-elle assez folle pour travailler? Le physicien Ethan Siegel nous aidera à répondre à cette question.
Lorsqu'une étoile suffisamment massive cesse d'exister, ou lorsque deux restes stellaires suffisamment massifs fusionnent, un trou noir peut se former avec un horizon d'événements proportionnel à sa masse et un disque d'accrétion dans lequel la matière entourant le trou noir tourbillonne.
En règle générale, un trou noir se forme lors de l'effondrement du noyau d'une étoile massive, soit après une explosion de supernova, soit après une fusion d'étoiles à neutrons, soit lors d'un effondrement direct. Pour autant que nous le sachions, chaque trou noir est formé de matière qui a déjà fait partie d'une étoile, donc à bien des égards, les trous noirs sont les restes ultimes d'étoiles. Certains trous noirs se forment isolément; d'autres font partie d'un double système. Au fil du temps, les trous noirs peuvent non seulement s'enrouler et se fusionner, mais aussi absorber d'autres matières qui tombent dans l'horizon des événements.
Dans un trou noir de Schwarzschild, tomber vers l'intérieur conduit à la singularité et à l'obscurité. Quelle que soit la direction dans laquelle vous vous dirigez, comment vous accélérez, etc., traverser l'horizon des événements signifie une collision inévitable avec une singularité.
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Quand quelque chose traverse l'horizon des événements du trou noir de l'extérieur, il est condamné. En quelques secondes, l'objet atteindra une singularité au centre du trou noir: des points pour un trou noir non rotatif et des anneaux pour un trou noir rotatif. Le trou noir lui-même ne se souvient pas des particules qui y sont tombées ni de leur état quantique. Au lieu de cela, tout ce qui reste, en termes d'informations, est la masse totale, la charge et le moment cinétique du trou noir.
Dans la dernière étape, avant la fusion, l'espace-temps entourant le trou noir sera perturbé alors que la matière continue de tomber dans les deux trous noirs depuis l'environnement. En aucun cas vous ne devez supposer que quelque chose peut s'échapper de l'horizon des événements.
Ainsi, on peut imaginer un scénario dans lequel la matière tombe dans un trou noir lors des étapes finales d'une fusion, lorsqu'un trou noir est sur le point de fusionner avec un autre. Puisque les trous noirs doivent toujours avoir des disques d'accrétion et que la matière vole constamment dans le milieu interstellaire, les particules traverseront constamment l'horizon des événements. Tout est simple ici, alors considérons une particule qui est tombée dans l'horizon des événements avant les derniers instants de la fusion.
Pourrait-elle théoriquement s'échapper? Pouvez-vous "sauter" d'un trou noir à un autre? Regardons la situation en termes d'espace-temps.
Simulation informatique de la fusion de deux trous noirs et de la courbure de l'espace-temps causée par eux. Bien que des ondes gravitationnelles soient émises en permanence, la matière elle-même ne peut pas s'échapper.
Lorsque deux trous noirs fusionnent, ils le font après une longue période de spirale, au cours de laquelle de l'énergie est émise sous forme d'ondes gravitationnelles. Jusqu'aux tout derniers instants avant la fusion, l'énergie est émise et s'envole. Mais cela ne peut pas provoquer la contraction de l'horizon des événements ou même du trou noir; au contraire, l'énergie vient de l'espace-temps au centre de masse, qui se déforme de plus en plus. Avec un tel succès, il serait possible de voler l'énergie de la planète Mercure; il tournerait plus près du Soleil, mais ses propriétés (ou propriétés du Soleil) ne changeraient en rien.
Cependant, lorsque les derniers instants de la fusion arrivent, les horizons événementiels des deux trous noirs sont déformés par la présence gravitationnelle l'un de l'autre. Heureusement, les relativistes ont déjà calculé numériquement comment la fusion affecte les horizons d'événements, et c'est incroyablement informatif.
Malgré le fait que jusqu'à 5% de la masse totale des trous noirs avant la fusion peuvent être émis sous forme d'ondes gravitationnelles, l'horizon des événements ne se contracte jamais. L'important est que si vous prenez deux trous noirs de masse égale, leurs horizons d'événements occuperont un certain espace. Lorsqu'il est combiné pour créer un trou noir à double masse, le volume d'espace occupé par l'horizon serait quatre fois le volume d'origine des trous noirs combinés. La masse des trous noirs est directement proportionnelle à leur rayon, mais le volume est proportionnel au cube du rayon.
Bien que nous ayons trouvé de nombreux trous noirs, le rayon de chaque horizon d'événements est directement proportionnel à la masse du trou, et c'est toujours le cas. Doublez la masse, doublez le rayon, mais la surface quadruplera et le volume quadruplera.
Il s'avère que même si vous maintenez la particule dans l'état le plus immobile à l'intérieur du trou noir et qu'elle tombe le plus lentement possible vers la singularité, il n'y a aucun moyen pour qu'elle sorte. Le volume total des horizons d'événements colocalisés augmente lors des fusions de trous noirs, et quelle que soit la trajectoire d'une particule traversant l'horizon des événements, il est voué à être avalé par la singularité combinée des deux trous noirs.
Dans de nombreux scénarios d'astrophysique, des éjections apparaissent lorsque la matière s'échappe d'un objet lors d'un cataclysme. Mais dans le cas de la fusion des trous noirs, tout ce qui est à l'intérieur reste à l'intérieur; la majeure partie de ce qui était à l'extérieur est aspirée, et seule une petite partie de ce qui était à l'extérieur peut s'échapper. Tombant dans un trou noir, vous êtes condamné. Et un autre trou noir ne changera pas l'équilibre des pouvoirs.
Ilya Khel
