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10 faits scientifiques que nous avons appris de la première photo du trou noir

L’idée des trous noirs remonte à 1783, quandLe scientifique de Cambridge, John Michelle, s'est rendu compte qu'un objet suffisamment grand dans un espace suffisamment petit peut attirer même la lumière, l'empêchant de s'échapper. Après plus d'un siècle, Karl Schwarzschild a trouvé la solution exacte à la théorie de la relativité générale d'Einstein, qui prédit le même résultat: un trou noir. Michell et Schwarzschild ont tous deux prédit une relation claire entre l'horizon des événements ou le rayon d'une région d'où la lumière ne peut pas s'échapper et la masse d'un trou noir.

Pendant 103 ans après Schwarzschildles prévisions ne pouvaient pas le vérifier. Et seulement le 10 avril 2019, les scientifiques ont découvert la toute première photographie de l'horizon des événements. La théorie d'Einstein a fonctionné à nouveau, comme toujours.

Bien que nous en sachions déjà beaucoup sur les trous noirs, même avant l'apparition du premier instantané de l'horizon des événements, cela changeait et clarifiait beaucoup. Nous avons eu beaucoup de questions qui ont maintenant des réponses.

À propos, voici 10 faits sur les trous noirs que tout le monde devrait connaître.

10 avril 2019 Collaboration Horizon ÉvénementTelescope a présenté le premier coup réussi de l'horizon des événements de trou noir. Ce trou noir se trouve dans la galaxie Messier 87: la plus grande et la plus massive de notre superamas local de galaxies. Le diamètre angulaire de l'horizon des événements était de 42 micro-secondes d'arc. Cela signifie que pour couvrir tout le ciel, vous avez besoin de 23 quadrillions de trous noirs de la même taille.

À une distance de 55 millions d'années lumière,La masse estimée de ce trou noir est de 6,5 milliards de fois celle du solaire. Physiquement, cela correspond à une taille supérieure à celle de l'orbite de Pluton autour du Soleil. S'il n'y avait pas de trou noir, il faudrait environ une journée à la lumière pour traverser le diamètre de l'horizon des événements. Et juste parce que:

  • le télescope d'horizon des événements a une résolution suffisante pour voir ce trou noir
  • trou noir rayonne fortement les ondes radio
  • très peu d'émissions d'ondes radio en arrière-plan pouvant interférer avec le signal

nous avons pu faire ce premier coup. De ce que nous avons maintenant appris dix leçons profondes.

Nous avons appris à quoi ressemble un trou noir. Et ensuite?

C'est un vrai trou noir, comme prédit par GR. Si vous avez déjà vu un article avec le titrecomme "le théoricien affirme hardiment que les trous noirs n'existent pas" ou "cette nouvelle théorie de la gravité peut transformer Einstein", vous supposez que les physiciens n'ont aucun problème à inventer des théories alternatives. Malgré le fait que GR ait réussi tous les tests auxquels nous l'avons soumis, les physiciens ne manquent pas d'extensions, de remplacements ou d'alternatives possibles.

Et voir un trou noir élimine leur immensele montant de. Nous savons maintenant qu'il s'agit d'un trou noir et non d'un vortex. Nous savons que l'horizon des événements existe et qu'il ne s'agit pas d'une simple singularité. Nous savons que l'horizon des événements n'est pas une surface dure, car la substance en chute doit produire une signature infrarouge. Et toutes ces observations correspondent à la théorie générale de la relativité.

Cependant, cette observation ne dit rien sur le noirla matière, les théories les plus modifiées de la gravité, de la gravité quantique ou de ce qui se trouve au-delà de l'horizon des événements. Ces idées sortent du cadre des observations EHT.

La dynamique gravitationnelle des étoiles donne de bonnes estimations pour les masses d'un trou noir; observation de gaz - non. Avant la première image de trou noir, nous avions plusieurs façons différentes de mesurer la masse des trous noirs.

Nous pourrions soit utiliser des mesures en étoile -comme les orbites individuelles des étoiles près d'un trou noir de notre propre galaxie ou les raies d'absorption des étoiles dans M87 - qui nous donnent une masse gravitationnelle, ou les émissions d'un gaz qui se déplace autour d'un trou noir central.

Pour notre galaxie et pour M87, ces deuxles estimations étaient très différentes: les estimations gravitationnelles étaient 50 à 90% plus élevées que le gaz. Pour le M87, les mesures de gaz ont montré que le trou noir avait une masse de 3,5 milliards de soleils, tandis que les mesures gravitationnelles étaient plus proches de 6,2 à 6,6 milliards de dollars. , la dynamique gravitationnelle est un excellent indicateur de la masse des trous noirs, mais les conclusions sur le gaz se déplacent vers des valeurs plus basses. C'est une excellente occasion de revoir nos hypothèses astrophysiques sur les gaz orbitaux.

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Il doit s'agir d'un trou noir en rotation et son axe de rotation est orienté à l'opposé de la Terre.. En observant l'horizon des événements,émission radio autour de lui, jet à grande échelle et émission radio étendue mesurée par d’autres observatoires, l’HEH a déterminé qu’il s’agissait d’un trou noir de Kerr (en rotation) et non de Schwarzschild (en rotation).

Pas une simple caractéristique d’un trou noir quinous pourrions étudier pour déterminer cette nature. Au lieu de cela, nous devons construire des modèles du trou noir et de la matière à l'extérieur, puis les développer pour comprendre ce qui se passe. Lorsque vous recherchez des signaux éventuels susceptibles d'apparaître, vous avez la possibilité de les limiter afin qu'ils soient cohérents avec vos résultats. Ce trou noir doit tourner et l’axe de rotation indique environ 17 degrés de la Terre.

Nous avons finalement pu déterminer qu’il existait autour d’un trou noir une substance correspondant à des disques d’accrétion et à des courants.. Nous savions déjà que le M87 avait un jet - parobservations optiques - et ce qu'elle a également émis dans les ondes radio et les rayons X. Ce type de rayonnement ne peut pas être obtenu uniquement à partir d'étoiles ou de photons: vous avez besoin d'une substance, ainsi que d'électrons. Ce n'est qu'en accélérant les électrons dans un champ magnétique que nous pouvons obtenir l'émission radio caractéristique que nous avons vue: le rayonnement synchrotron.

Et il fallait aussi une quantité incroyabletravail de modélisation. En manipulant divers paramètres de tous les modèles possibles, vous apprendrez que ces observations nécessitent non seulement des flux d'accrétion pour expliquer les résultats radio, mais aussi nécessairement la prédiction de résultats sans ondes radio, tels que le rayonnement X. Les observations les plus importantes ont été effectuées non seulement par l'EHT, mais également par d'autres observatoires tels que le télescope à rayons X Chandra. Les flux d'accrétion doivent être chauffés, comme en témoigne le spectre de rayonnement magnétique M87, conformément aux électrons accélérés relativistes dans un champ magnétique.

L'anneau visible montre la gravité et les lentilles autour d'un trou noir central; et encore le GRT a été testé. Cette sonnerie radio ne correspond pasl'horizon des événements et ne correspond pas à l'anneau de particules en rotation. Et ce n'est pas non plus l'orbite circulaire la plus stable d'un trou noir. Non, cet anneau provient de la sphère de photons à lentilles gravitationnelles, dont la trajectoire est courbée par la gravité d'un trou noir se dirigeant vers nos yeux.

Cette lumière se courbe dans une sphère plus grande que celle à laquelle on pourrait s’attendre si la gravité n’était pas aussi forte. Comme il écrit dans Event Horizon Telescope Collaboration:

"Nous avons constaté que plus de 50% du débit total endes secondes d'arc passent près de l'horizon et que ce rayonnement est fortement supprimé lorsqu'il pénètre 10 fois dans cette région, ce qui est une preuve directe de l'ombre prévue d'un trou noir. "

La théorie de la relativité générale d'Einstein s'est encore une fois révélée vraie.

Les trous noirs sont des phénomènes dynamiques, leur rayonnement change avec le temps.. Avec une masse de 6,5 milliards de soleils, la lumièreIl faudra environ une journée pour surmonter l’horizon des événements du trou noir. Ceci définit approximativement le laps de temps dans lequel nous pouvons nous attendre à voir les changements et les fluctuations du rayonnement observé par l'EHT.

Même des observations qui ont duré plusieurs jours,nous a permis de confirmer que la structure du rayonnement émis change avec le temps, comme prévu. Les données pour 2017 contiennent quatre nuits d'observations. Même en regardant ces quatre images, vous pouvez voir visuellement que les deux premières ont des caractéristiques similaires et les deux dernières aussi, cependant, il existe des différences significatives entre la première et la dernière. En d'autres termes, les propriétés de rayonnement autour du trou noir dans M87 changent avec le temps.

L’EHT révélera l’origine physique des éruptions de trous noirs.. Nous avons vu à la fois dans les rayons x et dansLa portée radio indique qu'un trou noir au centre de notre propre Voie lactée émet des éclairs de rayonnement à court terme. Bien que la toute première image de trou noir montrée montrait un objet supermassif en M87, le trou noir de notre galaxie - Sagittarius A * - sera tout aussi grand mais il changera plus rapidement.

Par rapport à la masse de M87 - 6,5 milliardsmasses solaires - la masse du Sagittaire A * ne représentera que 4 millions de masses solaires: 0,06% du premier. Cela signifie que des fluctuations seront observées non seulement pendant la journée, mais même dans la minute qui suit. Les caractéristiques d'un trou noir vont changer rapidement, et lorsqu'un flash se produit, nous pourrons en révéler la nature.

Comment les éclairs sont liés à la température et à la luminositéimages de radio que nous avons vu? Une reconnexion magnétique se produit-elle, comme dans les éjections de la masse coronale de notre Soleil? Y a-t-il quelque chose qui se brise dans les courants d'accrétion? Le Sagittaire A * clignote tous les jours pour nous permettre d’associer tous les signaux nécessaires à ces événements. Si nos modèles et nos observations sont aussi bons qu'ils se sont avérés être pour la M87, nous pouvons déterminer ce qui motive ces événements et peut-être même découvrir ce qui tombe dans un trou noir, ce qui les crée.

Des données de polarisation apparaîtront qui indiqueront si les trous noirs ont un champ magnétique intrinsèque.. Bien que nous soyons tous ravis de voirpremier plan de l’horizon du trou noir, il est important de comprendre qu’une image tout à fait unique va bientôt apparaître: la polarisation de la lumière émanant du trou noir. En raison de la nature électromagnétique de la lumière, son interaction avec le champ magnétique imprimera une signature de polarisation spéciale sur celle-ci, nous permettant de reconstruire le champ magnétique d'un trou noir, ainsi que son évolution dans le temps.

Nous savons que la substance est au-delà de l'horizon.les événements, constitués essentiellement de particules chargées en mouvement (comme les électrons), génèrent leur propre champ magnétique. Les modèles indiquent que les lignes de champ peuvent soit rester dans des flux d'accrétion, soit traverser l'horizon des événements, formant une sorte d '«ancre» dans un trou noir. Il existe un lien entre ces champs magnétiques, l'accrétion et la croissance d'un trou noir, ainsi que des jets. Sans ces champs, les flux de matière en accrétion ne pourraient perdre leur élan angulaire et tomber dans l'horizon des événements.

Les données de polarisation, grâce à la puissance de la visualisation polarimétrique, nous en parleront. Nous avons déjà les données: il reste à effectuer une analyse complète.

Amélioration Événement Horizon Le télescope montrera la présence d'autres trous noirs près des centres galactiques.. Lorsque la planète tourne autour du soleil, ellepas seulement parce que le soleil a un effet gravitationnel sur la planète. Il y a toujours une réaction égale et opposée: la planète a un effet sur le soleil. De même, lorsqu'un objet tourne autour d'un trou noir, il exerce également une pression gravitationnelle sur le trou noir. En présence de tout un ensemble de masses proches des centres des galaxies - et, en théorie, d'une multitude de trous invisibles mais noirs - le trou noir central devrait littéralement trembler à sa place, sous l'effet du mouvement brownien des corps environnants.

La difficulté de cette mesure aujourd'huic’est que vous avez besoin d’un point de contrôle pour calibrer votre position par rapport à la position d’un trou noir. La technique pour une telle mesure implique que vous regardiez le calibrateur, puis la source, encore une fois le calibrateur, encore la source, etc. Dans ce cas, vous devez déplacer l'œil très rapidement. Malheureusement, l'atmosphère change très rapidement et beaucoup de choses peuvent changer en 1 seconde, vous n'avez donc pas le temps de comparer les deux objets. En tout cas, pas avec la technologie moderne.

Mais les technologies dans ce domaine se développent.incroyablement rapide. Les outils utilisés à l'EHT attendent des mises à jour et pourront atteindre la vitesse requise d'ici le milieu des années 2020. Ce casse-tête peut être résolu d'ici la fin de la prochaine décennie, et tout cela grâce à l'amélioration de la boîte à outils.

Enfin Événement Horizon Le télescope finira par voir des centaines de trous noirs. Pour démonter un trou noir, vous devezLe pouvoir de résolution du réseau de télescopes était meilleur (c'est-à-dire haute résolution) que la taille de l'objet que vous recherchez. À l'heure actuelle, l'EHT ne peut distinguer que trois trous noirs connus dans l'Univers avec un diamètre suffisamment grand: Sagittaire A *, centre M87, centre de la galaxie NGC 1277.

Mais nous pouvons augmenter la puissance de l'œil Event Horizon.Télescope à la taille de la Terre, si nous lançons des télescopes en orbite. En théorie, cela est déjà techniquement réalisable. Une augmentation du nombre de télescopes augmente le nombre et la fréquence des observations et, par conséquent, la résolution.

En apportant les améliorations nécessaires, au lieu de 2-3 galaxies, nous pouvons trouver des centaines de trous noirs, voire plus. L'avenir des albums de photos de trous noirs semble prometteur.

Le projet de télescope de l'horizon des événements était coûteux,mais il a payé. Aujourd'hui, nous vivons à l'ère de l'astronomie dans les trous noirs et avons finalement pu les observer personnellement. Ceci n'est que le début. Abonnez-vous à notre chaîne télégraphique pour recevoir toutes les nouvelles de ce front invisible.