10 énormes découvertes de trous noirs à partir de 2020

Les physiciens sont actuellement dans un âge d’or de nouvelles connaissances sur les trous noirs. Depuis 2015, les chercheurs ont pu obtenir des signaux directement à partir de la fusion de trous noirs à l’aide de l’observatoire à ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO), tandis que des observatoires comme le télescope Event Horizon (EHT) ont produit la première image de l’ombre d’un trou noir. Cette année n’a pas fait exception, avec une nouvelle récolte de résultats passionnants et uniques élargissant nos horizons de trous noirs. Ici, nous jetons un coup d’œil à certaines des découvertes de trous noirs les plus spectaculaires de 2020.

Le prix Nobel de physique va aux trous noirs

Comme pour certifier que cette année a été une année formidable pour la recherche sur les trous noirs, la plus haute réalisation scientifique, le prix Nobel, a été remis en octobre à trois physiciens dont les travaux ont élucidé la vie de ces mystérieuses entités cosmiques. Roger Penrose, de l’Université d’Oxford au Royaume-Uni, a reçu la moitié du prix « pour la découverte que la formation de trous noirs est une prédiction robuste de la théorie générale de relativité, « tandis qu’Andrea Ghez de l’UCLA et Reinhard Genzel, de l’Université de Bonn et de l’Institut Max Planck pour la physique extraterrestre en Allemagne, ont partagé l’autre moitié » pour la découverte d’un objet compact supermassif au centre de notre galaxie « , selon à l’Académie royale des sciences de Suède. Ghez n’est que la quatrième femme à recevoir un Nobel de physique, après Marie Curie en 1903, Maria Goeppert-Mayer en 1963 et Donna Strickland en 2018.

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LIGO voit son plus gros crash de trou noir à ce jour

LIGO et son homologue européen Virgo observent des trous noirs à travers des ondes gravitationnelles, d’énormes ondulations dans le tissu de espace-temps émis lorsque des objets massifs oscillent. Les installations ont déjà accumulé un certain nombre de découvertes impressionnantes. Mais en mai, la collaboration a annoncé qu’elle avait repéré son la plus grande collision de trous noirs jamais vue, avec un 85 fois la masse du soleil et l’autre 66 fois la masse du soleil se brisant ensemble pour former un trou noir 142 fois la masse du soleil. En plus d’établir des records, la découverte était la première dans la zone dite «interdite» des trous noirs de poids moyen. Bien que les astronomes aient vu de petits trous noirs à peu près de la taille de notre soleil et sachent que des trous colossaux avec des millions de fois la masse du soleil existent dans les centres des galaxies, personne n’avait auparavant trouvé de preuves de trous noirs dans cette gamme moyenne. La manière exacte dont ils se sont formés reste un mystère que les scientifiques s’efforcent maintenant de démêler.

Lire la suite: La plus grande collision de trous noirs jamais détectée

Les trous noirs primordiaux ont fait les choses en grand

Peu de temps après Big Bang, l’univers était imprégné de radiations chaudes et turbulentes. Dans certaines régions, l’énergie était suffisamment dense pour s’être théoriquement effondrée sur elle-même et former un trou noir. Alors que les physiciens ne savent toujours pas si ces entités, connues sous le nom de trous noirs primordiaux (PBH), existent, ils ont récemment réfléchi à ce qui se passerait si elles le faisaient. Plusieurs articles, dont un publié en novembre, ont suggéré que ces trous noirs, dont certains seraient plus petits que ceux formés d’étoiles mourantes, pourrait éventuellement constituer de la matière noire, une substance inconnue qui exerce une influence gravitationnelle dans tout le cosmos. Des expériences sont en cours pour rechercher des PBH dans les années à venir et prouver ou réfuter leur existence.

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Des trous noirs de très grande taille pourraient exister

Et si vous preniez les trous noirs incroyablement massifs assis au centre des galaxies et les portiez à 11? C’est ce que des chercheurs ont proposé dans un article de septembre, discutant de la possibilité de « trous noirs incroyablement grands » ou SLAB. Ces entités pèseraient au moins 1 billion de fois la masse du soleil, 10 fois plus que le plus grand trou noir actuellement connu, une bête avec 66 milliards de masses solaires nommée TON 618. Certains des SLABs auraient pu se former dans l’univers primitif, faisant eux une autre classe de trou noir primordial, ce qui signifie que nous pourrions peut-être voir leur empreinte sur le fond cosmique des micro-ondes, une lumière résiduelle de l’époque où notre univers n’avait que 380 000 ans. D’autres pourraient être repérés en recherchant la façon dont ils déforment la lumière des étoiles lointaines si un SLAB venait entre nous. Le concept reste pour l’instant hypothétique mais attire de plus en plus l’attention.

Lire la suite: Les trous noirs si grands que nous ne savions pas qu’ils pourraient se former pourraient se cacher dans l’univers

LIGO détecte une fusion déséquilibrée

La majorité des duos de trous noirs détectés par les instruments LIGO et Virgo ont à peu près la même masse les uns que les autres. Mais en avril, la collaboration a annoncé avoir observé son crash le plus asymétrique à ce jour. Les objets, qui se sont écrasés ensemble à environ 2,4 milliards d’années-lumière, avaient respectivement environ huit et 30 fois la masse de notre soleil. « C’est à peu près égal au rapport entre le remplissage d’un Oreo ordinaire et [that] dans un Mega Stuf Oreo, « Christopher Berry, un scientifique des ondes gravitationnelles à l’Université Northwestern, écrit dans un article de blog à l’époque. On pensait qu’un événement aussi inattendu était suffisamment rare pour que les installations d’ondes gravitationnelles ne le voient pas après seulement quelques années de fonctionnement. La découverte remet en question ces hypothèses et a conduit les chercheurs à considérer la possibilité de fusions hiérarchiques, dans lequel un trou noir entre en collision avec un autre, puis le reste qui en résulte continue à fusionner avec un autre trou noir, à titre d’explication.

Lire la suite: Les scientifiques détectent un crash rare de deux trous noirs incompatibles

Les télescopes regardent un trou noir «  spaghettifier  » une étoile

Lorsqu’un objet massif arrive à une certaine distance d’un trou noir, les forces gravitationnelles extrêmes présentes peuvent déchiqueter l’objet en de longs brins de matériau qui sont éparpillés tout autour. Ce processus, connu familièrement sous le nom de spaghettification, a rarement été observé car la plupart des trous noirs sont entourés d’un nuage obscurcissant de gaz et de poussière, les rots d’anciens repas ainsi que le matériel qui a échappé à la consommation. Mais en octobre, les astronomes de l’Observatoire européen austral ont réussi à attraper la spaghettification d’une étoile dans des détails sans précédent en utilisant à la fois le Very Large Telescope et le New Technology Telescope. L’événement violent, connu sous le nom de AT 2019qiz, donnera aux chercheurs un aperçu de ces événements et les aidera à mieux comprendre la gravité dans des environnements extrêmes.

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Le trou noir le plus proche jamais repéré

Personne ne veut s’approcher trop près d’un trou noir (voir l’entrée sur la spaghettification). Heureusement, le Pac-Man cosmique vu en mai en orbite avec une paire d’étoiles compagnons connues sous le nom de HR 6819 est à une distance astronomiquement sûre de ses partenaires. À 1000 années-lumière de Terre dans la constellation sud du Télescopium, le nouveau trou noir est trois fois plus proche que le détenteur du record précédent. Les astronomes ne peuvent pas observer directement le trou noir lui-même, mais ont pu déduire sa présence en fonction de la façon dont il influence gravitationnellement les deux autres objets du système, tirant sur leurs orbites. Les observateurs du ciel de l’hémisphère sud peuvent voir les étoiles dans le système HR 6819 par eux-mêmes à l’œil nu en consultant une carte des étoiles et en regardant dans la constellation du télescopium, près de la frontière avec la constellation de Pavo, le paon.

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Les trous noirs pourraient être des boules de fuzz

Pour qu’un trou noir se forme, matière et l’énergie doit s’effondrer jusqu’à un minuscule point de densité infinie. Puisque des infinis comme celui-ci devraient être physiquement impossibles, les théoriciens ont longtemps cherché un moyen de contourner un résultat aussi bizarre. Selon la théorie des cordes, qui remplace toutes les particules et toutes les forces par des cordes subatomiques et vibrantes, les trous noirs pourraient en fait s’avérer être quelque chose d’encore plus étrange – une boule de cordes fondamentales en forme de fil floue. En octobre, une étude a montré que si les atomes dans les étoiles à neutrons, un type de reste stellaire pas assez dense pour former un trou noir, étaient en fait un tas de cordes, alors la compression de ces cordes ensemble formerait en fait pas un trou noir mais une fuzzball qui ressemblerait à la boule de fil fondamentale mentionnée ci-dessus. L’idée étrange n’a pas encore été pleinement étoffée, mais c’est une alternative possible au traitement de l’infini.

Lire la suite: Les trous noirs peuvent ne pas exister, mais les boules de duvet peuvent

De dangereux trous noirs «  nus  » pourraient se cacher dans l’univers

Selon les physiciens, chaque trou noir devrait être entouré de ce qu’on appelle un horizon des événements – une frontière où une fois que vous tombez, vous ne sortez jamais. Pourtant, depuis que les trous noirs ont été postulés pour la première fois, les chercheurs se sont demandé si l’horizon des événements était strictement nécessaire. Serait-il possible d’avoir un trou noir sans un, un trou noir dit «  nu  »? Cela pourrait être dangereux car les lois connues de la physique s’effondrent à l’intérieur de l’horizon des événements d’un trou noir, et un trou noir nu n’offrirait pas la protection de cette barrière. Bien que la plupart des théoriciens pensent que la nudité est interdite pour les trous noirs, un article de novembre suggérait qu’il pourrait y avoir un moyen de vérifier avec certitude. L’astuce consiste à rechercher des différences dans les disques d’accrétion, ou anneaux de gaz et de poussière formés lors de l’alimentation d’un trou noir, qui pourraient indiquer une différence visible entre les trous noirs nus et normaux.

Lire la suite: Des trous noirs «nus» dangereux se cachent-ils dans l’univers?

Un trésor de trous noirs

Noël est arrivé tôt cette année pour les scientifiques des trous noirs. En octobre, la collaboration supervisant LIGO et son homologue européen Virgo a publié un nouveau catalogue abondant de des dizaines de signaux d’ondes gravitationnelles détecté entre avril et septembre 2019. Les 39 événements comprenaient de nombreuses découvertes intrigantes, telles que la fusion massive de trous noirs qui a abouti à un reste avec 142 masses solaires, l’événement extrêmement déséquilibré avec des masses huit et trente fois le soleil et un objet mystérieux qui semblait être soit un petit trou noir, soit un grand étoile à neutrons. Les chercheurs ont été ravis des données, qui ont montré que les installations captaient en moyenne un nouveau signal tous les cinq jours, et prévoient de l’utiliser pour mieux comprendre le comportement et la fréquence des fusions de trous noirs.

Lire la suite: Les scientifiques viennent de trouver la plus grande étoile à neutrons (ou le plus petit trou noir)

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.