Pendant des siècles, les trous noirs n’étaient que des idées spéculatives.
Ce petit morceau du champ profond GOODS-N, imagé avec plusieurs observatoires dont Hubble, Spitzer, Chandra, XMM-Newton, Herschel, VLT, etc., contient ce qui semble être un point rouge banal. Cet objet, un hybride quasi-galactique il y a seulement 730 millions d’années après le Big Bang, pourrait être une clé pour résoudre le mystère de l’évolution des trous noirs intergalactiques. Autrefois spéculées, les preuves de l’existence physique et de l’ubiquité des trous noirs sont maintenant accablantes.
Le concept est apparu pour la première fois en 1783, lorsque John Michelle les a proposés.
Cette image du Soleil, prise le 20 avril 2015, montre un certain nombre de caractéristiques communes à toutes les étoiles : anneaux magnétiques, renflements, filaments de plasma et régions de hautes et basses températures. Le Soleil est moins dense que la Terre, mais il est beaucoup plus grand et plus massif, et il a une vitesse d’échappement beaucoup plus grande de sa surface que la Terre. Si le Soleil maintenait la même densité mais faisait 500 fois sa masse actuelle, avec l’augmentation correspondante de sa taille, il s’effondrerait en un trou noir, comme l’a montré pour la première fois en 1783 John Michelle, même en gravité newtonienne.
Si vous maintenez la densité du Soleil mais augmentez sa masse, la lumière ne peut pas s’échapper au-delà de 500 masses solaires.
A l’intérieur d’un trou noir, la courbure de l’espace-temps est si grande que ni la lumière, ni les particules, ne peuvent s’en échapper en aucune circonstance. La singularité, basée sur nos lois actuelles de la physique, devrait être déterministe, bien que la nature de cette singularité ne soit pas bien comprise dans le seul contexte de la relativité générale.
Bien que rien n’ait été remarqué, l’idée a refait surface avec la solution de 1916 de Karl Schwarzschild dans la relativité générale d’Einstein.
Si vous commencez avec une composition de masse constante et constante, et qu’aucune force ou influence non gravitationnelle n’est présente (ou tout est négligeable par rapport à la gravité), alors cette masse s’effondrera inévitablement dans un trou noir. C’est l’une des principales raisons pour lesquelles un univers statique et non en expansion est incompatible avec la relativité d’Einstein.
Avec une masse suffisante dans un volume spatial donné, l’effondrement sous la forme d’un trou noir devient inévitable.
De l’extérieur du trou noir, toute la matière qui tombe émettra de la lumière et sera toujours visible, tandis que rien d’au-delà de l’horizon des événements ne pourra sortir. Mais si vous étiez celui qui tombait dans un trou noir, votre énergie pourrait réapparaître dans le cadre d’un Big Bang chaud dans un monde nouveau-né ; La relation entre les trous noirs et la naissance de nouveaux univers est encore spéculative, mais rejetée à nos risques et périls.
En 1963, Roy Kerr a promu la solution de Schwarzschild pour intégrer les rotations.
Même pour une entité complexe comme un trou noir supermassif en rotation (trou noir de Kyir), une fois que vous traversez l’horizon des événements (extérieur), quel que soit le type de matière ou de rayonnement dont il est fait, il tombera vers le centre de la singularité et ajoutera à la masse du trou noir. Cependant, ce qui se passe au centre de la singularité n’est pas bien décrit par la physique actuelle, car son comportement est satisfaisant.
Dans le même temps, des preuves évocatrices d’un « trou noir » sont apparues avec la découverte des premiers quasars.
La fonction radio de la galaxie Alcyoneus comprend un trou noir actif central, des jets d’équilibrage et deux lobes radio géants à chaque extrémité. La Voie Lactée est représentée en bas de l’échelle, ainsi que « 10x la Voie Lactée » pour la perspective.
Les sources radio extragalactiques QUAsi-StellAr (QUASAR) étaient très éloignées, mais elles brillaient brillamment dans la lumière radio et au-delà.
Cette illustration d’un quasar bruyant intégré dans une galaxie en formation d’étoiles donne un aperçu de la façon dont les radiogalaxies géantes pourraient apparaître. Au centre d’une galaxie active avec un trou noir supermassif, des jets frappent le plus grand halo galactique, énergisant le gaz et le plasma et provoquant des émissions radio sous forme de jets proches du trou noir, puis de panaches et/ou de lobes au loin. Les trous noirs supermassifs et stellaires ont des preuves convaincantes à l’appui de leur existence.
Puis Cygnus X-1, un filtre de trou noir qui émet des rayons X, a été trouvé à l’intérieur de la Voie lactée.
Cygnus X-1 a été découvert en 1964 en tant que source d’émission de rayons X correspondant à un corps stellaire en orbite autour d’un trou noir, et représentait le premier trou noir candidat connu dans la Voie lactée. Cygnus X-1 est situé près de grandes régions actives de formation d’étoiles dans la Voie lactée : précisément l’emplacement prévu pour trouver un trou noir émetteur de rayons X.
Pendant ce temps, Roger Penrose a démontré, de manière astronomique, comment des trous noirs peuvent se former de manière pratique dans notre univers.
Lorsque la matière s’effondre, elle peut inévitablement former un trou noir. Penrose a été le premier à établir la physique de l’espace-temps, qui s’applique à tous les observateurs en tous points de l’espace et à tous les instants du temps, et qui régit un tel système. Depuis lors, son concept est devenu l’étalon-or de la relativité générale.
John Wheeler a nommé les « trous noirs » en 1968.
Cette vue en trois panneaux montre la région centrale de la galaxie Messier 87, qui abrite le plus grand trou noir (environ 6,5 milliards de masses solaires) connu à environ 100 millions d’années-lumière de nous. Le jet de lumière (en haut), les lobes radio (en bas à gauche) et les signatures émettrices de rayons X surchauffés (en bas à droite) indiquent la présence d’un trou noir supermassif, récemment confirmé par des mesures directes du télescope Event Horizon.
Une fois deviné, l’état moderne pour eux est écrasant.
Cette vue du cocon entourant le centre de la Voie lactée ne mesure qu’environ 10 années-lumière de large, mais contient un trou noir supermassif central pesant 4 millions de fois la masse de notre soleil et peut avoir été alimenté par celui-ci.
Des émissions de rayons X provenant de la matière en accélération et en accélération apparaissent.
Le 14 septembre 2013, les astronomes ont détecté la plus grande lueur de rayons X jamais détectée par le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, connu sous le nom de Sagittarius A*. L’émission d’un trou noir à de nombreuses longueurs d’onde de lumière a fait allusion à ses propriétés, mais rien ne remplace l’observation directe de l’horizon des événements.
Des étoiles individuelles orbitent autour de ces objets massifs et non lumineux.
Cet intervalle de 20 ans se rapproche du centre de notre galaxie d’ESO, publié en 2018. Notez comment la précision et la sensibilité des caractéristiques s’accentuent et s’améliorent vers la fin, toutes en orbite autour du noir supermassif (invisible) de notre galaxie gap. On pense que pratiquement toutes les grandes galaxies, même aux âges précoces, contiennent un trou noir supermassif, mais seules celles situées au centre de la Voie lactée sont suffisamment proches pour voir les mouvements des étoiles individuelles autour d’elle.
Les ondes gravitationnelles proviennent à la fois
Dernier tracé, en novembre 2021, de tous les trous noirs et étoiles à neutrons observés électromagnétiquement et par ondes gravitationnelles. Comme vous pouvez le voir clairement, il n’y a plus de « trou » entre 2 et 5 masses solaires ; Au contraire, cet amas existe et est probablement composé de trous noirs formés par des fusions d’étoiles à neutrons, conformément à l’événement du 17 août 2017.
et fusions.
Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, si leur masse totale est suffisamment importante, elles provoqueront non seulement l’explosion d’une kilonova et créeront des éléments lourds partout, mais conduiront également à la formation d’un nouveau trou noir à partir des restes de la post-fusion. Les ondes gravitationnelles et les rayons gamma de la fusion semblent voyager à des vitesses indiscernables : la vitesse de toutes les particules sans masse.
Et l’émission de photons dévoile maintenant ses horizons,
Comparaison de taille des deux trous noirs imagés par la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) : M87*, au cœur de la galaxie Messier 87, et Sagittarius A* (Sgr A*), au centre de la Voie Lactée. Bien que le trou noir de Messier 87 soit facile à visualiser en raison de la lente différence de temps, le trou autour du centre de la Voie lactée est le plus grand que l’on puisse voir depuis la Terre.
y compris la polarisation,
Vue polarisée du trou noir à M87. Les lignes marquent la direction de polarisation associée au champ magnétique autour de l’ombre du trou noir. Remarquez à quel point cette image apparaît beaucoup plus circulaire que l’image d’origine, qui était similaire au point d’origine. On s’attend à ce que tous les trous noirs supermassifs montrent des signatures de polarisation imprimées sur leur rayonnement.
directement. Bienvenue à l’âge d’or des trous noirs.
Données moyennées dans le temps à partir de plusieurs points temporels différents montrant une série d’instantanés de l’évolution du rayonnement provenant de l’arc A*. La structure de l’image « moyenne » dément l’évolution temporelle rapide du rayonnement autour de cet objet.
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