gov-civil-vilareal.ptA quoi ressemble un trou noir de près ?
>À quoi ressemblerait un trou noir si vous étiez près de lui ?
Il y a plusieurs façons de répondre à cette question. Une façon est : rien. C'est noir, donc ça ne ressemblera à rien.
Cela peut être insatisfaisant.
Une autre façon est : cela n'a pas d'importance, car dans quelques millisecondes, vous serez de toute façon mort.
C'est un peu sombre, et bien que vrai, aussi insatisfaisant.
Si vous êtes un scientifique, cependant, la réponse est plus compliquée. Nous n'avons pas besoin de nous approcher d'un trou noir pour comprendre à quoi il ressemble, il n'est donc pas nécessaire de défier notre propre disparition. Et si nous supposons que le trou noir mange activement, disons, un gros nuage de gaz, alors nous pouvons comprendre à quoi il ressemble.
Vous avez besoin de beaucoup de mathématiques et de physique, y compris la physique relativiste, la physique du transfert radiatif (essentiellement, comment les choses brillent) et un bon ordinateur pour exécuter les calculs féroces, mais ce que vous obtenez est quelque chose de si cool qu'il fait le cerveau-et- la physique tordue de l'espace-temps en vaut la peine.
Parce que ça ressemble à ça :
Un point : beaucoup de gens sont confus à l'idée de voir tout lumière d'un trou noir. La lumière ne peut pas s'échapper d'un trou noir s'il s'en rapproche trop, à l'intérieur de l'horizon des événements (ou de la sphère photonique, selon les circonstances). Mais au-delà de cette distance, la lumière est libre de s'éloigner… mais non sans en payer le prix. Voyons quel est ce bilan.
Une version annotée d'une simulation de trou noir explique les différentes parties de cet objet bizarre. Crédit: Centre de vol spatial Goddard de la NASA/Jeremy Schnittman
la faute dans notre revue d'étoiles
De retour à la simulation, et toujours en mouvement vers l'extérieur, juste à l'extérieur de cette sphère de photons se trouve un anneau de lumière étroit, appelé anneau de photons. C'est la lumière du disque d'accrétion, où les photons qui se dirigent vers le trou noir restent juste en dehors de la limite de la sphère photonique, ils orbitent donc plusieurs fois autour du trou noir avant de ressortir. Il y a un écart autour d'elle parce que les photons qui restent bien en dehors de la sphère photonique continuent leur chemin - leur chemin est fortement courbé par la gravité du trou noir, mais pas assez pour se diriger vers nous. Nous ne voyons donc aucune lumière de cette région.
En dehors de la sphère photonique, nous voyons la lumière du disque d'accrétion lui-même… mais c'est un gâchis. N'oubliez pas que c'est un disque plat autour du trou noir, comme les anneaux de Saturne. Mais nous voyons le disque par la lumière qu'il émet, et c'est un joyeux enfer qui se joue dessus par le trou noir.
La trajectoire de la lumière autour d'un trou noir est fortement déformée par la gravité. Dans ce diagramme, la Terre est décalée vers la droite et la lumière du matériau derrière le trou noir se courbe vers nous, laissant un trou là où se trouve le trou noir lui-même. Crédit: Nicolle R. Fuller/NSF
Devant le trou noir, le disque semble relativement (ha!) normal. Cette lumière va du disque à nous, tout droit sortie du puits de gravité du trou noir, elle n'est donc pas aussi déformée. Si vous le suivez vers la droite, cependant, il se plie soudainement vers le haut, formant un arc au-dessus du trou noir. C'est l'arrière du disque ! Normalement, vous ne le verriez pas, car il est derrière le trou noir. Mais une partie de la lumière de cette partie du disque va environ et plus de le trou noir, courbé par la gravité féroce dans une direction vers nous, nous permettant de le voir.
Cette lumière dans l'arc au-dessus du trou noir vient du dessus du disque d'accrétion. La lumière du dessous fait également le tour du trou noir, mais il est plié autour du fond du trou noir, nous voyons donc également cette partie du disque sous le trou noir. Cela ressemble à un cercle plus petit que le cercle supérieur, mais cette taille et cette géométrie dépendent de l'angle sous lequel on regarde. La forme de ces deux arches dépend de l'angle de vision, car la façon dont la lumière se courbe autour du trou noir change la façon dont nous la voyons lorsque nous nous déplaçons vers le haut ou vers le bas par rapport au disque lui-même. Vous pouvez voir cela se produire dans la vidéo lorsque l'angle de vue change.
Il y a encore une chose à noter. Dans cette simulation, le gaz dans le disque d'accrétion orbite autour du trou noir de gauche à droite. C'est important! Pouvez-vous voir à quel point le disque de gauche est plus lumineux qu'il ne le fait à droite ? C'est un effet réel, appelé rayonnement relativiste. J'ai déjà écrit à ce sujet :
le garçon au pyjama rayé lexile
Il y a un effet appelé rayonnement relativiste , causée par le mouvement incroyablement rapide du matériau alors qu'il orbite juste à l'extérieur du trou noir. Si vous tenez une ampoule devant vous, la lumière se dilate dans une sphère, dans toutes les directions, mais si cette ampoule se déplace près de la vitesse de la lumière, la lumière que nous voyons émise semble être rayonnée, comme une lampe de poche , dirigé dans la direction où il se déplace. Cet effet bizarre signifie qu'un objet dirigé vers vous à une vitesse proche de la vitesse de la lumière apparaît plus lumineux, car une plus grande partie de sa lumière est focalisée vers vous, et quelque chose qui s'éloigne semble plus sombre, car sa lumière est focalisée loin de vous.
Le gaz sur la gauche se dirige vers vous, donc une partie de sa lumière qui vous manquerait autrement est dirigée vers vous, ce qui la rend plus lumineuse. Le gaz sur la gauche s'éloigne de vous, donc sa lumière est rayonnée encore plus loin de vous, l'assombrissant.
Si tout cela vous semble familier, c'est peut-être parce que vous pensez à la toute première image d'une sphère de photons d'un trou noir — en l'occurrence, celle au centre de la galaxie M 87, distante de 55 millions d'années-lumière, prise par l'Event Horizon Telescope, un réseau de radiotélescopes à travers la planète.
La toute première image de 'l'ombre' d'un trou noir supermassif. Cela montre la région autour d'un trou noir d'une masse 6,5 milliards de fois celle du Soleil, situé à 55 millions d'années-lumière de la Terre au cœur de la galaxie M87. Crédit: NSF
Fuzzy, mais il montre les mêmes caractéristiques ! Restez à l'écoute également, car nous verrons bientôt des images plus nombreuses et plus claires de ces objets.
Donc je pense qu'à ce stade, c'est OK de prendre un moment et de penser, les trous noirs sont bizarres.
Mais bon, c'est la nature. L'Univers n'a aucune obligation d'obéir à notre bon sens, aussi rare et absurde que cela puisse être. Mais quand vous prenez le temps de vraiment regarder l'Univers, observez-le, trouvez les modèles, les mathématiques derrière ces modèles et la physique que les mathématiques impliquent - que les mathématiques demandes - alors même les choses les plus étranges de l'Univers deviennent compréhensibles.
C'est une pensée agréable à avoir, peut-être même réconfortante, au cours des dernières millisecondes avant de quitter l'Univers pour toujours. Bonne descente !
