Le plus petit trou noir de l'univers
Ils ont découvert que, à la lumière, on peut avoir besoin d'autant de nourriture.
- Stephen King
Lorsque vous regardez et pénétrez dans les profondeurs du ciel nocturne, vous vous souvenez immédiatement qu'il y a tout un univers plein de miracles. Mais en plus des météores, des planètes, des étoiles, des nébuleuses et des galaxies illuminant l'Univers, il existe d'autres formes de matière qui sont complètement invisibles à nos yeux.
Et je ne parle pas de gaz froid et de poussière, invisibles dans le visible. Ces articles sont faits des mêmes briques de construction - protons, neutrons, électrons - comme nous. Et bien qu'ils puissent ne pas émettre (ni même absorber) de lumière visible, si nous observons aux longueurs d'onde souhaitées, nous les verrons.Lorsque nous dirigeons les meilleurs observatoires vers les traînées de poussière «sombres» situées vers le centre de la Galaxie, voici ce que nous voyons:
Et pourtant, même si nous parlons de matière normale - à partir de laquelle les étoiles, les planètes, le gaz, la poussière, vous et moi sommes fabriqués - il existe encore des sources qui n'émettent aucune lumière à aucune longueur d'onde. Ils ne peuvent pas le faire, car par définition, rien ne peut leur échapper.Bien sûr, je parle de trous noirs.Nous savons que ces objets existent, non seulement théoriquement, mais aussi à partir d'observations. En regardant simplement la région centrale de notre galaxie, nous pouvons suivre les orbites des étoiles et découvrir qu'elles se déplacent autour d'un objet central qui a quatre millions de masses solaires, qui, en même temps, n'émettent pas de lumière.
En fait, au centre de la plupart des galaxies se trouvent des trous noirs supermassifs, dont beaucoup sont des milliers de fois plus lourds que le monstre au centre de la Voie lactée. Ils représentent le plus grand des trous noirs de l'Univers et sont formés, comme on le croit, par la fusion et l'absorption de millions de cadavres anciens d'étoiles massives mortes.
Bien sûr, les étoiles massives les plus brillantes et les plus grandes sont plus faciles à voir si vous regardez l'amas de jeunes étoiles. On peut décider qu'en raison du fait qu'ils sont plus grands que les autres, ils vivent plus longtemps, car ils ont plus de réserves de carburant, mais en fait, c'est le contraire!
Les étoiles les plus massives, les classes O et B, sont littéralement des dizaines de milliers de fois plus brillantes que le Soleil, du fait qu'elles brûlent leur carburant des dizaines de milliers de fois plus rapidement. Et bien qu'ils aient des dizaines ou des centaines de fois plus de masse que le Soleil, ils brûlent leur carburant si rapidement que leur durée de vie ne peut être que de quelques millions (voire plusieurs centaines de milliers) d'années! Et quand les étoiles les plus massives meurent, elles ne meurent pas seulement dans une explosion de supernova ...Le noyau de l'étoile s'effondre également et laisse une étoile à neutrons ou un trou noir!Habituellement, la gravité travaille pour comprimer l'étoile, la tire vers l'intérieur et essaie de s'effondrer. Lorsque la fusion nucléaire se produit dans le noyau, la pression de son rayonnement extérieur s'équilibre avec la compression gravitationnelle et retient l'étoile. Même lorsque la fusion nucléaire prend fin, la matière reste une chose solide et les atomes résistent assez bien à l'effondrement. Dans une étoile comme le Soleil (ou même quatre fois plus massive dans une étoile), à la fin de la fusion nucléaire, le noyau de l'étoile rétrécira à une taille comparable à celle de la Terre, mais pas plus loin, car les atomes atteindront un état après lequel ils refuseront de rétrécir.
Cette pression est due au fait que les particules quantiques ont besoin de plus de force pour les comprimer que la gravité du Soleil ne peut en produire. Mais une étoile avec une masse dépassant 400% de notre masse se transformera en supernova, et sa région centrale s'effondrera, après avoir passé l'état atomique, et plus loin dans le noyau à partir de neutrons purs! Au lieu de la taille de la Terre, une étoile à neutrons de masse solaire sera enfermée dans une sphère de plusieurs kilomètres de diamètre.Et bien qu'il ne reste qu'une petite fraction de l'étoile d'origine dans le noyau, la masse des étoiles à neutrons varie autant que le soleil à trois fois la masse solaire. Mais pour une masse au-delà de cette limite, même les neutrons cèdent à la force de gravité et sont comprimés à des tailles si petites que la lumière ne peut pas leur échapper. A ce stade, on passe d'une étoile à neutrons à un trou noir!
Alors, lequel des trous noirs connus sera minime? Il y a actuellement trois candidats et certains sont plus proches de la victoire que d'autres.
IGR J17091-3624: un trou noir dans un système binaire que nous pouvons détecter en raison des vents stellaires forts créés par le système binaire. Au lieu de tomber dans un trou noir, 95% de la matière aspirée d'une étoile compagne vole dans l'espace interstellaire. Il s'agit en fait d'un trou noir de petite masse, mais la précision de mesure nous donne une dispersion de 3 à 10 masses solaires.
GRO J0422 + 32: Un autre système binaire vacillant situé à seulement 8000 années-lumière de la Terre, et les estimations de sa masse varient considérablement. Certaines équipes pensent qu'il s'agit d'une étoile à neutrons avec une masse de seulement 2,2 fois celle du soleil; d'autres affirment que sa masse est plus proche du 4e solaire, et un autre est plus proche de 10 solaires. Il n'y a pas encore de solution finale, mais si je pariais sur le plus petit trou noir connu, je parierais sur ce candidat.
XTE J1650-500: au début, il a été annoncé que sa masse était de 3,8 solaires, mais depuis lors, les estimations ont changé pour 5 masses solaires. Ce système binaire émet des rayons X à partir d'un disque d'accrétion, et en étudiant des objets de cette classe, nous découvrons le lien entre le rayonnement émis et la masse du trou noir lui-même!Partout où cette frontière se situe entre une étoile à neutrons et un trou noir - que ce soit des masses solaires de 2,5 ou 2,7, ou 3,0 ou 3,2 - exactement là, comme vous pourriez le raisonner, vous devriez rechercher des trous noirs minimaux . Mais il y a trois autres possibilités que nous pouvons découvrir!
1) La fusion des étoiles à neutrons! C'est ce processus qui conduit à l'apparition d'éléments très lourds dans l'Univers, tels que l'or, et il se produit à la suite de la collision de deux étoiles à neutrons. Les étoiles à neutrons sont beaucoup plus courantes que les trous noirs, et bien que leurs collisions soient rares, elles se produisent tous les 10000 à 100000 ans dans une galaxie, si vous vous souvenez que l'Univers a plus de 10 milliards d'années et qu'il contient près d'un billion de galaxies.Il est possible que lors de la collision de deux étoiles à neutrons, même si leur masse ne franchit pas cette limite pour la formation d'un trou noir, le résultat sera toujours un trou noir de masse inférieure à celle de la supernova formée après l'explosion. Il y a donc de l'espoir de trouver un trou noir avec une masse légèrement supérieure à deux solaires dans notre Galaxie, car il aurait dû voir de 100 000 à 1 000 000 de ces événements!Supposons que vous n'êtes pas satisfait de la masse des trous noirs disponibles et que vous souhaitez rendre le trou noir encore plus petit. Bonne nouvelle: il suffit d'attendre!
2) Les trous noirs perdent du poids avec le temps! Étant donné que la nature de l'Univers est quantique, les trous noirs ne sont pas des objets statiques en raison de l'apparition constante de fluctuations particules-antiparticules se produisant à l'intérieur et à l'extérieur, et sur l'horizon des événements du trou noir. Et bien que cela se produise assez lentement, les trous noirs s'évaporent grâce à un processus appelé rayonnement Hawking.Dans ce cas, pas un flux de particules ou d'antiparticules ne provient des trous noirs, mais un rayonnement très faible énergie et presque constant d'un corps noir.
Sur de longues périodes, de l'ordre de 10 68 ou 10 69 ans, les trous noirs des plus petites masses s'évaporent, perdant leur masse d'abord lentement, puis extrêmement rapidement, évaporant les dernières tonnes en quelques microsecondes.Donc, si vous voulez obtenir des trous noirs encore moins massifs qu'aujourd'hui, attendez. Eh bien, si vous en avez besoin maintenant - j'ai de mauvaises nouvelles pour vous.
3) L'Univers pourrait naître avec des trous noirs microscopiques, mais il n'est pas né. L'idée des trous noirs primitifs est apparue dans les années 1970, et elle est ingénieuse à sa manière. L'Univers était autrefois dans un état chaud, dense, uniforme et en expansion rapide. Si à cette époque une région n'était que 68% plus dense que la moyenne, elle s'effondrerait automatiquement dans un trou noir, et si vous en aviez plusieurs, nous obtiendrions un univers rempli de trous noirs microscopiques.Mais nous avons mesuré l'ampleur des fluctuations de densité dans un univers très ancien, et comment il change avec l'échelle - si vous descendez des plus grandes échelles à la plus petite des mesures.
Au lieu de fluctuations à 68%, les oscillations ordinaires ont atteint une puissance de seulement 0,003%, ce qui n'est clairement pas suffisant pour l'émergence de l'Univers avec au moins un trou noir primitif. Pire encore, si vous allez sur une échelle toujours décroissante, cela devient presque incroyable. Si tout était différent, l'Univers en serait rempli; mais ce n'est tout simplement pas notre univers.C'est l'histoire des plus petits trous noirs de l'Univers, de ceux que nous ne connaissons pas encore à ceux dont vous n'avez plus qu'à attendre!Source: https://habr.com/ru/post/fr396911/
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