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Les trous noirs si grands que nous ne savons pas comment ils se forment pourraient se cacher dans l’univers

Les trous noirs peuvent devenir gros… vraiment gros. Mais quelle taille? Il est possible qu’ils atteignent plus d’un billion de fois plus massifs que le soleil. C’est 10 fois plus grand que le plus grand trou noir connu à ce jour.

Mais ces monstres pourraient-ils vraiment exister dans notre univers? Une équipe de chercheurs a élaboré un plan pour aller à leur recherche. Et s’ils existent, ils pourraient nous aider à résoudre les mystères de l’apparition des premières étoiles dans le cosmos.

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La démographie du noir

Si vous voulez faire du shopping pour les trous noirs dans l’univers, vous n’avez malheureusement que deux tailles de base: un peu petite et gigantesque. Vous savez ce sentiment frustrant que vous ressentez lorsque la boutique en ligne est hors de votre taille de cette chemise incroyable? Bienvenue dans la vie du chasseur de trous noirs.

Les petits trous noirs, ou trous noirs de masse stellaire, sont plus massifs que notre soleil, mais pas autant. Parce que les trous noirs sont nés de la mort d’étoiles massives dans les dernières étapes d’une explosion de supernova titanesque, et que les étoiles massives doivent être si grandes pour devenir une supernova complète, les plus petits trous noirs sont environ cinq fois plus massifs que notre soleil.

Grâce à des fusions avec d’autres trous noirs et en se nourrissant lentement de bouts de gaz égarés qui errent trop près de leur bouche toujours affamée, ces trous noirs peuvent devenir plus grands. Nous avons vu des preuves de trous noirs jusqu’à près de 100 fois la masse du soleil.

Les trous noirs de masse stellaire sont incroyablement communs dans l’univers – il y en a probablement des millions qui flottent actuellement autour de la galaxie de la Voie lactée. Assez inoffensif, sauf si vous vous approchez trop. La même chose est vraie pour toutes les autres galaxies aléatoires de l’univers: beaucoup de petits trous noirs, laissés par toutes ces grandes et belles étoiles.

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Mais les centres des galaxies hébergent quelque chose d’encore plus fou: des trous noirs supermassifs. Nous avons un trou noir supermassif au centre de la Voie lactée, et nous l’appelons Sagittaire A *. Il a une masse environ 4 millions de fois celle du soleil. Comme je l’ai dit, super massif. Ces bêtes sont facilement mille fois plus massives que leurs cousins ​​de masse stellaire.

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Il semble que presque toutes les galaxies hébergent un trou noir géant dans son cœur, avec les plus grands trous noirs absolus jamais enregistrés faisant pencher la balance à près de 100 milliards de masses solaires.
Les astronomes recherchent depuis longtemps des valeurs aberrantes: des trous noirs plus petits que cinq masses solaires ou entre la taille des trous noirs stellaires et supermassifs. Mais un nouvel article, publié le 18 août dans la base de données de pré-impression arXiv (donc pas encore évalué par des pairs), pose un type de question complètement différent: et si nous prenions les plus gros trous noirs et les portions à 11?

Comment faire quelque chose de incroyablement grand

Cette classe entièrement nouvelle de trous noirs éclipserait les supermassifs. Ces «trous noirs incroyablement grands» commenceraient à un billion de masses solaires (10 fois plus gros que le plus grand trou noir actuellement connu) et pourraient être encore plus grands.

Naturellement, ces monstres parmi les monstres seraient rares. Il est difficile pour notre univers de faire de grandes choses, car vous devez coller un tas de matériaux ensemble et le faire s’installer et rester sur place, ce que la matière n’aime pas vraiment faire.

Pourtant, il est théoriquement possible que ces bêtes existent. Et si nous les trouvons, cela aiderait à expliquer combien de types de trous noirs se forment.

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Le premier trou noir est apparu lorsque l’univers était très jeune, âgé de moins d’un milliard d’années. Au fil des éons, ils ont fusionné et nourri et sont devenus des trous noirs supermassifs, et peut-être des trous noirs incroyablement grands. Mais il y a une limite à la vitesse à laquelle ils peuvent grandir. Pour se développer par fusion, ils doivent en fait rencontrer et avaler d’autres trous noirs. Donc, s’il n’y a pas beaucoup d’autres trous noirs autour, les fusions ne se produiront pas très fréquemment, et ce ne sera pas une avenue viable vers la grandeur.

D’autre part, les trous noirs peuvent également se développer en se nourrissant de matière. Mais lorsque la matière tombe vers l’horizon des événements (considéré comme le point de non-retour) d’un trou noir, elle se comprime et se réchauffe. Cela libère un rayonnement, qui se déverse des régions centrales près d’un trou noir et empêche le nouveau gaz de tomber dans le trou noir. La physique complexe de tomber dans un trou noir fixe alors une limite supérieure à la vitesse à laquelle les trous noirs peuvent se nourrir.

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Les plus grands trous noirs connus constituent un défi pour les connaissances astrophysiques actuelles. Il est difficile de concocter le scénario de suffisamment de fusions et de suffisamment d’alimentation en gaz pour faire pousser un petit trou noir dans le premier univers dans les monstres cachés dans les noyaux galactiques.

Trouver un trou noir incroyablement grand nous obligerait à envisager de nouvelles pistes pour la naissance des trous noirs. Peut-être que le premier et le plus grand trou noir n’est pas venu de la mort d’étoiles massives. Peut-être qu’ils se sont formés directement à partir de l’effondrement des nuages ​​de gaz ou de processus exotiques dans l’univers primitif. Ou quelque chose d’encore plus étrange.

C’est pourquoi la découverte d’un trou noir incroyablement grand serait si excitante: les théoriciens se frotteraient les mains avec joie, prêts à trouver une explication pour eux.

À la recherche de monstres dans la nuit

Mais comment trouvez-vous réellement un trou noir géant super-duper? Le nouveau document de recherche donne quelques idées sur la façon de chasser.

D’une part, en raison de leur énorme volume, les trous noirs incroyablement grands (SLAB) peuvent en fait affecter l’évolution gravitationnelle de leurs galaxies d’origine. Même les trous noirs supermassifs, aussi grands soient-ils, représentent généralement moins de 1% de la masse de leurs galaxies hôtes. Mais comme les SLAB sont plus gros, ils peuvent commencer à exercer une influence gravitationnelle.

Par exemple, avec autant de gravité resserrée dans le noyau, les formes des galaxies pourraient être déformées, ou cette gravité pourrait changer la façon dont les fusions de galaxies se produisent. Ainsi, les SLAB pourraient expliquer toutes les choses amusantes dans les images de galaxies.

Et si les SLAB ont des origines dans la physique exotique de l’univers extrêmement ancien, alors qu’ils peuplent le cosmos et continuent de croître jusqu’à des tailles incroyablement grandes, ils laisseront une empreinte dans leur environnement. Par exemple, ils peuvent attirer tellement de matière qu’ils affectent le fond cosmique des micro-ondes, la lumière résiduelle du moment où notre univers est devenu transparent pour la première fois alors qu’il n’avait que 380 000 ans.

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Les SLAB peuvent accumuler tellement de matière et être si doués pour engloutir tout ce qui se trouve à proximité, que même la mystérieuse matière noire pourrait s’accumuler autour d’eux dans une sorte de halo. Si la matière noire (quoi que ce soit) interagit avec elle-même, elle peut émettre un type de rayonnement très particulier. Ainsi, ces trous noirs super gigantesques pourraient être entourés d’un halo de lumière à haute énergie générée par la matière noire. Jusqu’à présent, nous ne savons pas si les SLAB existent, et toutes les méthodes ci-dessus ont seulement imposé des contraintes sur leur taille. En fonction de votre choix de modèle de création des SLAB, notre meilleure estimation actuelle est que le plus grand trou noir possible est d’environ 10 ^ 19 masses solaires, soit 10 milliards de milliards de fois plus massive que le soleil. Tout ce qui est plus grand que cela violerait ce que nous avons déjà mesuré dans le cosmos. Mais cela laisse encore un grand écart de SLABiness potentiel dans notre univers.

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Publié à l’origine sur 45secondes.fr.

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