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Les trous noirs figurent parmi les phénomènes célestes les plus énigmatiques qui soient. On ne peut s'empêcher de voir l'obscurité abyssale les entourant comme un pied de nez à la science, qui peine encore à les cerner. Ils obéissent toutefois aux lois physiques de l'Univers, et certaines des réponses aux questions qu'ils soulèvent sont assurément à notre portée.
Mais que sont les trous noirs exactement ? Comment la science explique leur existence ? Et surtout que se passerait-il si par malheur vous y tombiez ? Découvrez les réponses à ces questions en parcourant cette galerie !
Crédit photo : NASA/CXC/M.Weiss
Les trous noirs sont des régions de l'espace où la gravité est si puissante qu'absolument rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper. Ils peuvent parfois être des centaines de fois plus grands que notre Soleil et sont invisibles !
Les trous noirs se forment lorsque des étoiles massives épuisent leur énergie nucléaire et s'effondrent sous le poids de leur propre gravité. Cet effondrement entraîne la compression du noyau en un point infiniment dense appelé singularité, entourée par une frontière connue sous le nom d'horizon des événements.
L'horizon des événements est la limite autour d'un trou noir au-delà de laquelle rien ne peut revenir. Lorsqu'un objet franchit ce seuil, il est irrémédiablement attiré vers la singularité et ne peut échapper à l'attraction gravitationnelle du trou noir.
Au centre du trou noir se trouve la singularité, un point de densité infinie où les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de s'appliquer. La singularité correspond à l'endroit où la masse de l'étoile s'est comprimée en un espace infiniment petit.
Il existe plusieurs types de trous noirs, dont les trous noirs stellaires, formés par l'effondrement d'étoiles massives, ainsi que les trous noirs supermassifs, situés au centre des galaxies.
Les trous noirs supermassifs sont des corps célestes dont la masse est des millions, voire des milliards de fois supérieure à celle du Soleil. Ils se trouvent au cœur des galaxies, y compris celui de la Voie lactée. Bien que leur formation soit encore un sujet de débat et de recherche parmi les scientifiques, il est clair qu'ils jouent un rôle essentiel dans l'évolution des galaxies.
Les trous noirs stellaires se forment à partir des restes d'étoiles massives. Lorsqu'une étoile de ce type épuise son énergie nucléaire, elle explose en une supernova. Si le noyau de l'étoile est suffisamment massif, il peut s'effondrer sur lui-même pour former un trou noir.
On pense que les trous noirs intermédiaires se forment par la fusion de trous noirs plus petits ou par l'effondrement d'amas d'étoiles massives. Ils représentent un intermédiaire, en termes de taille, entre les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs.
Les quasars sont des objets extrêmement lumineux et lointains, alimentés par des trous noirs supermassifs situés au centre de jeunes galaxies. Leur intense rayonnement provient de l'accumulation de matière qui libère d'énormes quantités d'énergie en tombant dans le trou noir.
Selon le physicien théoricien Stephen Hawking, les trous noirs peuvent émettre un rayonnement qui libère de petites particules d'énergie. Ce processus, connu sous le nom de rayonnement de Hawking, peut provoquer à terme l'évaporation des trous noirs sur des périodes de temps extrêmement longues.
Lorsque la matière tombe dans un trou noir, elle forme un disque d'accrétion qui chauffe et émet des rayons X ainsi que d'autres types de rayonnement à mesure qu'il s'enfonce en spirale. Cette matière peut être constituée de particules de poussière ou même de lumière.
Imaginez l'infinité de l'espace comme un immense tissu, et chaque objet céleste (étoiles, planètes, trous noirs) comme une bille posée dessus. Comparés aux autres corps célestes, les trous noirs sont beaucoup plus lourds et leur simple présence suffit pour que cette toile que représente l'espace soit déformée.
Le paradoxe de l'information soulève la question de ce qu'il advient de l'information qui tombe dans un trou noir. Est-elle perdue à jamais ou est-elle préservée d'une quelconque manière ? Nous n'avons pas encore entièrement percé les mystères de ce qui se trouve à l'intérieur de ces énigmatiques corps célestes. Ce paradoxe est un défi de plus à relever.
En 2019, "l'Event Horizon Telescope" ("Télescope de l'horizon des événements" en français) a capturé la première image directe de l'ombre d'un trou noir, fournissant ainsi une preuve visuelle de son existence. L'image montre le trou noir situé au centre de la galaxie Messier 87 et a été saluée comme une avancée monumentale en astrophysique.
Certains trous noirs émettent des jets puissants de particules et de rayonnement depuis leurs pôles. Ces jets peuvent s'étendre sur des milliers d'années-lumière et on pense qu'ils sont alimentés par la rotation du trou noir et par ses champs magnétiques.
La NASA a créé en début d'année une simulation démontrant les conséquences d'une éventuelle chute dans un trou noir supermassif de 4,3 millions de fois la masse de notre Soleil. C'est la taille du trou noir situé au centre de la Voie lactée.
Crédit photo : Goddard Space Flight Center - NASA/J. Schnittman et B. Powell
Il aurait fallu des décennies à un ordinateur portable classique pour créer cette simulation, mais le supercalculateur de la NASA, baptisé Discover, a pu réaliser cet exploit en cinq jours seulement, en n'utilisant que 0,3 % de sa puissance de traitement. Mais la question suivante reste entière : que ressentiriez-vous si vous tombiez dans un trou noir ?
À mesure que vous vous approcheriez du trou noir, vous ressentiriez une très forte augmentation de la gravité. Les forces gravitationnelles considérables du trou noir déformeraient votre perception du temps et de l'espace, rendant l'environnement autour de vous de plus en plus étrange et surréaliste.
Le disque d'accrétion du trou noir, composé de matière en spirale, serait incroyablement chaud. En vous rapprochant, vous seriez probablement exposé à un rayonnement intense, avec des températures de plus en plus extrêmes.
Une fois suffisamment proche, les forces gravitationnelles différentielles (connues sous le nom de force de marée) deviendraient extrêmes. L'attraction gravitationnelle sur vos pieds serait beaucoup plus forte que celle exercée sur votre tête, étirant ainsi votre corps en une forme mince et allongée. Ce processus a été baptisé "spaghettification".
La dilatation du temps deviendrait vraiment significative en raison de l'intensité du champ gravitationnel. Pour un observateur extérieur, vous sembleriez ralentir à mesure que vous tomberiez dans le trou noir, jusqu'au point de paraître figé, à la limite de l'horizon des événements, sans jamais le franchir.
En tombant, le temps vous semblerait s'écouler normalement, mais vous verriez l'Univers à l'extérieur s'accélérer de manière spectaculaire. Toute l'histoire de l'Univers pourrait alors se dérouler en ce qui vous semblerait un laps de temps très court.
De votre point de vue, vous franchiriez l'horizon des événements sans percevoir de changements immédiats. Mais une fois ce seuil passé, il n'y aurait plus de retour en arrière possible, et vous seriez inévitablement attiré vers la singularité. À ce stade, vous ne verriez plus que la lumière faiblissante du disque d'accrétion autour du trou noir.
Crédit photo : Goddard Space Flight Center - NASA/J. Schnittman et B. Powell
En tombant, vous seriez exposé à des niveaux croissants de radiation provenant du disque d'accrétion et de matières de différentes sortes attirées par le trou noir. Cette radiation pourrait vous être fatale bien avant que vous n'atteigniez la singularité.
Après avoir franchi l’horizon des événements, vous continueriez à chuter vers la singularité au centre du trou noir. Les forces gravitationnelles deviendraient encore plus intenses, comprimant et étirant de plus en plus votre corps.
Au niveau de la singularité, les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de s'appliquer. Personne ne sait exactement quelles conditions règnent au centre d'un trou noir, mais selon la théorie de la relativité générale, il y aurait une densité infinie et un volume nul.
Certaines théories suggèrent que les effets quantiques près de la singularité pourraient créer un "pare-feu" d'une très grande énergie, capable d'atomiser tout corps qui atteindrait ce niveau. Ce concept demeure toutefois spéculatif et fait l'objet de vifs débats parmi les scientifiques.
L'étude des trous noirs permet aux scientifiques d'explorer les limites de la physique et de mieux comprendre la nature de l'Univers. Bien que beaucoup de mystères entourent encore l'existence des trous noirs, les nouvelles technologies devraient nous aider à en savoir plus sur ces forces énigmatiques.
Sources: (NASA) (Business Insider) (Space.com) (Encyclopedia Britannica) (National Geographic)
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Vous vous en doutez, les conséquences ne seraient pas anodines
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Mais que sont les trous noirs exactement ? Comment la science explique leur existence ? Et surtout que se passerait-il si par malheur vous y tombiez ? Découvrez les réponses à ces questions en parcourant cette galerie !
Crédit photo : NASA/CXC/M.Weiss