Une superbe animation de la NASA révèle l’échelle monstrueuse des trous noirs : ScienceAlert

La NASA a a déposé une nouvelle animation pour vous donner une véritable idée de la quantité d’espace dominée par un trou noir supermassif.

Ce sont les mastodontes de l’univers ; les colosses qui siègent au centre des galaxies ; les cœurs gravitationnels autour desquels les étoiles tourbillonnent dans une danse orbitale mesurée en éons. Ils commencent à environ 100 000 fois la masse du Soleil, à l’extrémité inférieure de l’échelle, et peuvent atteindre des dizaines de milliards de masses solaires au maximum.

Ces chiffres abstraits sont tous beaux, mais il est difficile de concevoir à quel point ces choses sont énormes. Et c’est l’un des grands mystères de l’Univers : bien que nous ayons quelques idées, nous ne savons tout simplement pas vraiment comment elles sont arrivées ainsi.

“Des mesures directes, dont beaucoup ont été faites avec l’aide du télescope spatial Hubble, confirment la présence de plus de 100 trous noirs supermassifs”, dit l’astrophysicien théoricien Jeremy Schnittman du Goddard Space Flight Center de la NASA. “Comment deviennent-ils si gros ? Lorsque les galaxies entrent en collision, leurs trous noirs centraux peuvent également fusionner.”

En fait, les trous noirs eux-mêmes peuvent ne pas être très gros du tout. Les trous noirs sont les objets les plus denses que nous connaissons dans l’Univers. Ils sont si compacts que nous ne pouvons les décrire mathématiquement que comme une singularité – un point unidimensionnel de densité infinie. Leur densité est si extrême que l’espace-temps se déforme gravitationnellement en ce qui est en fait une sphère fermée autour d’eux. Dans cette sphère, même la lumière n’a pas une vitesse suffisante pour s’échapper.

C’est à cela que nous nous référons lorsque nous parlons des dimensions d’un trou noir, sa limite connue sous le nom d’horizon des événements. Plus le trou noir est massif, plus le rayon de la sphère défini par l’horizon des événements, connu sous le nom de rayon de Schwartzschild, est grand. Si le Soleil était un trou noir, par exemple, sa Le rayon de Schwartzschild serait à seulement 2,95 kilomètres (1,8 miles).

À notre connaissance, les plus petits trous noirs commencent à environ cinq fois la masse du Soleil, objets qui se sont formés à partir du noyau effondré d’une étoile massive en fin de vie. Ce sont des trous noirs de masse stellaire.

Les trous noirs de masse stellaire ont une limite supérieure d’environ 65 fois la masse du Soleil, car les étoiles précurseurs extrêmement lourdes qui produiraient ces objets plus gros finissent leur vie dans un supernova à instabilité de paires qui efface complètement le noyau, ne laissant rien derrière lui pour s’effondrer dans le trou noir.

Cependant, nous avons vu des trous noirs de masse stellaire plus massifs que 65 masses solaires. Ils peuvent se former lorsque des trous noirs entrent en collision et fusionnent, ce qui donne un objet avec une masse combinée. Mais la façon dont nous passons de ceux-ci aux trous noirs supermassifs et ultramassifs est un grand espace vide. Littéralement. Il y a une curieuse pénurie de trous noirs détectés dans la gamme de masse entre les trous noirs de masse stellaire et les trous supermassifs.

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Mais il existe également une vaste gamme de trous noirs supermassifs. La nouvelle animation de la NASA est un regard plutôt époustouflant sur cette gamme, en commençant par un trou noir dans une galaxie naine nommée J1601 + 3113, qui héberge un trou noir autour 100 000 masses solaires. Cela lui donnerait un rayon de Schwarzschild un peu moins de la moitié de la taille du Soleil. L’ombre du trou noir s’étend jusqu’à l’espace autour de l’horizon des événements, produisant une région plus sombre d’environ deux fois sa taille, ce qui signifie que, dans la vidéo, cette ombre semble avoir à peu près la même taille que le Soleil.

Nous voyons également le trou noir supermassif au centre de notre propre galaxie, Sagittarius A*, pointant à environ 4,3 millions de masses solaires. Il y a aussi M87*, le premier trou noir jamais photographié, qui a une masse beaucoup plus élevée de 5,37 milliards de soleils.

Il y a aussi deux trous noirs suspendus au centre de la même galaxie, NGC 7727. Il était une fois NGC 7727, c’était deux galaxies. Maintenant qu’ils se sont réunis, les deux trous noirs des noyaux galactiques – atteignant respectivement 154 millions et 6,3 millions de masses solaires – ont coulé au centre de la galaxie nouvellement combinée, où un jour eux aussi fusionneront.

Ces trous noirs sont un indice important qui, selon les astronomes, nous indique une façon dont les trous noirs supermassifs se développent, et leurs fusions devraient produire des ondes gravitationnelles. Cependant, la fréquence de ces fusions est trop faible pour être détectée par nos instruments actuels.

L’un des plus grands trous noirs que nous connaissons dans l’Univers est une bête connue sous le nom de TON-618. En 2004, les scientifiques ont mesuré sa masse à un énorme 66 milliards de masses solaires. Une limite de masse supérieure théorique pour les trous noirs est d’environ 50 milliards de masses solairesmais l’Univers est assez doué pour défier les prédictions théoriques.

A cette masse, le trou noir aurait un rayon de Schwarzschild de plus de 1 300 unités astronomiques. Pour le contexte, Pluton a une orbite qui se trouve à environ 40 unités astronomiques du Soleil. Cette chose engloutirait le système solaire des centaines de fois.

Heureusement, c’est très loin; sa lumière est estimée à 10,8 milliards d’années, donc elle ne va pas se cacher pour faire des engloutissements dans notre coin de l’espace. Nous pensons parler pour tout le monde lorsque nous disons, de manière retentissante : Ouf.