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10 faits sur les trous noirs que tout le monde devrait savoir

Les trous noirs sont peut-être les plus mystérieux.objets de l'univers. À moins, bien sûr, quelque part dans les profondeurs que des choses ne soient pas cachées, dont nous ignorons l'existence et que nous ne pouvons pas savoir, ce qui est peu probable. Les trous noirs sont une masse et une densité colossales, comprimées en un point de petit rayon. Les propriétés physiques de ces objets sont si étranges qu’elles obligent les physiciens et astrophysiciens les plus sophistiqués à s’interroger. Sabina Hossfender, physicienne en théorie, a sélectionné dix faits sur les trous noirs que tout le monde devrait connaître.

Qu'est-ce qu'un trou noir?

La propriété qui définit un trou noir est sahorizon Telle est la frontière, à laquelle rien, pas même la lumière, ne peut revenir. Si une zone séparée devient séparée pour toujours, nous parlons d'un «horizon d'événements». S'il n'est séparé que temporairement, nous parlons d'un "horizon visible". Mais cela «temporairement» peut aussi signifier que la région sera séparée beaucoup plus longtemps que l’âge actuel de l’Univers. Si l'horizon d'un trou noir est temporaire, mais de longue durée, la différence entre le premier et le second s'estompe.

Quelle est la taille des trous noirs?

Vous pouvez imaginer l'horizon d'un trou noir comme une sphèreet son diamètre sera directement proportionnel à la masse du trou noir. Par conséquent, plus la masse tombe dans un trou noir, plus le trou noir devient grand. Cependant, comparés aux objets stellaires, les trous noirs sont minuscules, car la masse est comprimée en très petits volumes sous l’influence d’une pression gravitationnelle irrésistible. Le rayon de masse du trou noir de la planète Terre, par exemple, n'est que de quelques millimètres. C'est 10 000 000 000 fois plus petit que le rayon actuel de la Terre.

Le rayon des trous noirs s'appelle le rayon de Schwarzschild en l'honneur de Karl Schwarzschild, qui a tout d'abord extrait les trous noirs comme solution de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

Que se passe-t-il à l'horizon?

Lorsque vous traversez l'horizon, rien autour de vousrien de spécial ne se passe. Tout cela à cause du principe d'équivalence d'Einstein, d'où il résulte qu'il est impossible de trouver la différence entre l'accélération dans un espace plat et le champ de gravitation qui crée la courbure de l'espace. Néanmoins, un observateur éloigné d'un trou noir, observant une autre personne y tomber, remarquera qu'une personne se déplacera de plus en plus lentement à l'approche de l'horizon. Comme si le temps proche de l'horizon des événements se déplaçait plus lentement que loin de l'horizon. Cependant, le temps passera et l'observateur qui tombe dans le trou traversera l'horizon de l'événement et se trouvera dans le rayon de Schwarzschild.

Ce que vous vivez à l’horizon dépend deforces de marée du champ gravitationnel. Les forces de marée sur l'horizon sont inversement proportionnelles au carré de la masse du trou noir. Cela signifie que plus le trou noir est large et massif, moins il y a de puissance. Et si seulement le trou noir est assez massif, vous pouvez vaincre l’horizon avant de vous rendre compte que quelque chose se passe. L'effet de ces forces de marée va vous étirer: le terme technique que les physiciens utilisent pour cela s'appelle «spaghettification».

Dans les premiers jours de la théorie générale de la relativité, on pensait qu’il existait une singularité à l’horizon, mais ce n’était pas le cas.

Qu'y a-t-il à l'intérieur d'un trou noir?

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Personne n'en est certain, mais ce n'est certainement pas un livreétagère. La théorie générale de la relativité prédit qu'il existe une singularité dans un trou noir, un lieu où les forces de marée deviennent infiniment importantes et où, dès que vous surmontez l'horizon des événements, vous ne pouvez plus vous rendre nulle part sauf en singularité. En conséquence, il est préférable de ne pas utiliser de ressources génétiques dans ces endroits - cela ne fonctionne tout simplement pas. Pour dire ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir, nous avons besoin d'une théorie de la gravité quantique. Il est généralement admis que cette théorie remplacera la singularité par autre chose.

Comment se forment les trous noirs?

Nous connaissons actuellement quatre différentsfaçons de former des trous noirs. Nous comprenons mieux l'effondrement stellaire. Une étoile suffisamment grande forme un trou noir après la cessation de sa synthèse nucléaire, car tout ce qui pouvait déjà être synthétisé a été synthétisé. Lorsque la pression créée par la synthèse cesse, la substance commence à tomber vers son propre centre de gravité, devenant plus dense. À la fin, il est tellement compact que rien ne peut vaincre l’effet gravitationnel sur la surface de l’étoile: c’est ainsi que naît un trou noir. Ces trous noirs sont appelés «trous noirs de la masse solaire» et sont les plus courants.

Le prochain type commun de trous noirssont des «trous noirs supermassifs», qui peuvent être trouvés au centre de nombreuses galaxies et dont les masses sont environ un milliard de fois plus grandes que les trous noirs de masse solaire. On ne sait pas encore exactement comment ils se sont formés. On pense qu'une fois, ils ont commencé comme des trous noirs de masse solaire qui, dans des centres galactiques densément peuplés, ont absorbé de nombreuses autres étoiles et se sont développés. Néanmoins, ils semblent absorber la matière plus rapidement que ce que cette idée simple suggère, et la façon dont ils le font fait toujours l’objet de recherches.

Des idées plus controversées sont des trous noirs primaires,qui pourrait être formé par presque n'importe quelle masse dans les grandes fluctuations de densité dans le premier univers. Bien que ce soit possible, il est plutôt difficile de trouver un modèle qui les produise sans en créer une quantité excessive.

Enfin, il existe une idée très spéculative selon laquelleAu Grand collisionneur de hadrons, de minuscules trous noirs avec des masses proches de la masse du boson de Higgs peuvent se former. Cela ne fonctionne que si notre univers a des dimensions supplémentaires. Bien qu'il n'y ait aucune preuve en faveur de cette théorie.

Comment savons-nous qu'il existe des trous noirs?

Nous avons beaucoup de preuves d'observation.l'existence d'objets compacts avec de grandes masses qui n'émettent pas de lumière. Ces objets s’imposent par exemple par attraction gravitationnelle en raison du mouvement d’autres étoiles ou de nuages ​​de gaz autour d’eux. Ils créent également des lentilles gravitationnelles. Nous savons que ces objets n'ont pas de surface solide. Cela découle des observations, car une substance qui tombe sur un objet avec une surface doit émettre plus de particules qu'une substance qui tombe à travers un horizon.

Pourquoi Hawking a-t-il dit l'an dernier que les trous noirs n'existaient pas?

Il voulait dire que les trous noirs n’ont pas un horizon éternel d’événements, mais seulement un horizon temporaire (voir le premier point). Au sens strict, seul l'horizon des événements est considéré comme un trou noir.

Comment les trous noirs émettent-ils des radiations?

Les trous noirs émettent un rayonnement dû au quantumles effets. Il est important de noter que ce sont les effets quantiques de la matière et non les effets quantiques de la gravité. L'espace-temps dynamique d'un trou noir en fusion modifie la définition même d'une particule. Comme le temps qui se déforme à côté d'un trou noir, le concept de particules dépend trop de l'observateur. En particulier, lorsqu'un observateur tombant dans un trou noir pense tomber dans le vide, l'observateur éloigné du trou noir pense qu'il ne s'agit pas d'un vide, mais d'un espace plein de particules. C'est l'étirement de l'espace-temps qui provoque cet effet.

Découvert pour la première fois par Stephen Hawking,Le rayonnement émis par un trou noir est appelé rayonnement de Hawking. Ce rayonnement a une température inversement proportionnelle à la masse du trou noir: plus le trou noir est petit, plus la température est élevée. Dans les trous noirs stellaires et supermassifs que nous connaissons, la température est bien inférieure à la température de fond des micro-ondes et n'est donc pas observée.

Quel est le paradoxe de l'information?

Le paradoxe de la perte d'information est dû au rayonnementHawking. Ce rayonnement est purement thermique, c'est-à-dire par hasard, et de certaines propriétés il n'a que la température. Le rayonnement lui-même ne contient aucune information sur la formation du trou noir. Mais lorsqu'un trou noir émet des radiations, il perd de la masse et se contracte. Tout cela est complètement indépendant de la substance qui fait partie du trou noir ou à partir de laquelle il s'est formé. Il s'avère que, sachant que seul l'état final de l'évaporation ne peut pas être dit, à partir de laquelle formé un trou noir. Ce processus est «irréversible» - et le problème est qu’il n’existe pas de tel processus en mécanique quantique.

Il s'avère que l'évaporation d'un trou noir est incompatible avecla théorie quantique, que nous connaissons, et avec ce besoin de faire quelque chose. En quelque sorte, éliminer les incohérences. La plupart des physiciens pensent que la solution est que le rayonnement de Hawking doit contenir des informations.

Qu'est-ce que Hawking propose pour résoudre le paradoxe de l'information d'un trou noir?

L’idée est que les trous noirs devraient avoirun moyen de stocker des informations qui n'ont pas encore été acceptées. Les informations sont stockées à l'horizon d'un trou noir et peuvent provoquer de minuscules déplacements de particules dans le rayonnement de Hawking. Dans ces minuscules compensations, il peut y avoir des informations sur des matières qui y sont tombées. Les détails exacts de ce processus ne sont pas définis pour le moment. Les scientifiques attendent un document technique plus détaillé de Stephen Hawking, Malcolm Perry et Andrew Strominger. Ils disent que cela paraîtra à la fin du mois de septembre.

Pour le moment, nous sommes certains que les trous noirsexistons, nous savons où ils se trouvent, comment ils se forment et ce qu’ils seront à la fin. Mais les détails de la destination des informations qui y parviennent représentent toujours l'un des plus grands mystères de l'univers.