Les trous noirs sont des phénomènes cosmiques massifs si grands que même la lumière ne peut pas les quitter. La plupart des gens pensent que les trous noirs ne font que rester assis et manger des morceaux de gaz ou de poussière errants.
Mais les trous noirs pourraient-ils réellement avoir des vies intérieures plus intéressantes ? Peuvent-ils, par exemple, exploser ? Si l'explosion signifie "une libération soudaine et à court terme d'une énorme quantité d'énergie", alors la réponse est un oui sans équivoque. Et la chose la plus intéressante est qu'ils peuvent même exploser de plusieurs manières intéressantes.
Les trous noirs peuvent exploser d'une manière. Ce processus s'explique par le fait que les trous noirs ne sont pas complètement noirs, ce qui a été découvert par le célèbre astrophysicien Stephen Hawking en 1976.
"En physique classique, rien ne peut sortir d'un trou", a déclaré Sameer Mathur, physicien à l'Ohio State University, à Live Science dans un e-mail. "Mais Hawking a découvert que, grâce à la mécanique quantique, le trou enlève lentement son énergie à l'infini en émettant un rayonnement de faible énergie, appelé rayonnement de Hawking."
Jusqu'à ce qu'un trou noir absorbe de nouveaux matériaux, il perdra lentement de la masse en émettant un rayonnement Hawking, mais il est lent. Un trou noir typique avec une masse plusieurs fois supérieure à celle du Soleil émet environ un photon, ou paquet de lumière, chaque année. À ce rythme, un trou noir typique met 10 ^ 100 ans pour s'évaporer complètement.
Mais Hawking s'est rendu compte que les petits trous noirs s'évaporent beaucoup plus rapidement. À mesure qu'un trou noir devient de plus en plus petit, il émet de plus en plus de rayonnement. Dans les derniers instants de sa vie, un trou noir émet tellement de rayonnement, et si rapidement, qu'il agit comme une bombe, libérant un flux de rayonnement et de particules à haute énergie.
Si de petits trous noirs (de la taille de la Terre) s'étaient formés dans l'univers extrêmement primitif, ils auraient mis plusieurs milliards d'années à s'évaporer, ce qui signifie que ces trous noirs "primordiaux", s'ils existent, explosent actuellement dans tout l'univers. À ce jour, les astronomes n'ont trouvé aucune preuve d'explosion de trous noirs primordiaux, mais ils pourraient être présents.
Les trous noirs explosent dans un type d'explosion différent que l'on ne trouve nulle part ailleurs dans l'univers en raison de leur rotation. Les trous noirs en rotation – également appelés trous noirs de Kerr du nom du mathématicien néo-zélandais Roy Kerr, qui a compris le premier comment ils fonctionnent – créent une ergosphère autour de leurs horizons d'événements. L'ergosphère est une région allongée de l'espace où rien ne peut rester immobile. Tout ce qui tombe sur un trou noir en rotation commence à tourner autour de lui lorsque la particule pénètre dans l'ergosphère.
L'espace-temps autour d'un trou noir en rotation peut également attirer des photons. S'il y a suffisamment de photons, ils peuvent rebondir les uns sur les autres ou sur toute particule parasite. Parfois, le rebond fait sortir les photons de l'ergosphère. Mais dans d'autres cas, le rebond fait tomber les photons plus profondément dans le trou noir, où ils gagnent de l'énergie. Ils peuvent alors se dissiper à nouveau vers une orbite supérieure puis retomber.
A chaque répétition de ce processus et à chaque voyage autour du trou noir, le photon gagne en énergie. Ce processus est appelé "surradiation". Si le photon se libère enfin, il aura une énorme quantité d'énergie par rapport au moment où il a commencé son voyage.
Si suffisamment de photons sont impliqués dans ce processus, ils peuvent exploser immédiatement avec une énergie incroyable, se transformant en une soi-disant "bombe à trou noir". Même si le trou noir lui-même n'explose pas, cet effet de superradiation montre une fois de plus à quel point les trous noirs peuvent affecter l'environnement.
La façon la plus courante dont les trous noirs provoquent des explosions n'est pas par leur autodestruction, mais par la force de leur force gravitationnelle irrésistible. Les trous noirs supermassifs se trouvent au centre des galaxies, et parfois de gros amas de matière, comme les étoiles, passent trop près. Lorsque cela se produit, l'étoile est déchirée par les effets de marée, et cette déchirure entraîne une libération explosive d'énergie. Les astronomes sur Terre peuvent observer cette libération d'énergie sous la forme d'une rafale courte mais intense de rayons X et de rayons gamma.
En plus de déchiqueter les étoiles, ces trous noirs supermassifs collectent souvent des essaims de matière qui tourbillonnent constamment autour d'eux dans des disques d'accrétion géants. Les disques d'accrétion atteignent des températures de quadrillions de degrés, ce qui en fait les objets les plus brillants de l'univers - un disque incandescent peut éclipser plus d'un million de galaxies en même temps.
À leur puissance maximale, les disques créent des champs électriques et magnétiques qui tirent une partie du matériau du disque autour des trous noirs en de longs et minces jets s'étendant sur des dizaines de milliers d'années-lumière. Bien que ces jets ne soient pas techniquement des explosions, ils sont tout de même assez intenses.
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