Astronomie

Si n'importe quel objet pouvait devenir un trou noir, n'importe quel objet pourrait-il devenir une étoile à neutrons ?

Si n'importe quel objet pouvait devenir un trou noir, n'importe quel objet pourrait-il devenir une étoile à neutrons ?

Un trou noir n'a pas nécessairement besoin de se former à partir d'une étoile ; théoriquement, il pourrait se former à partir de n'importe quel objet extrêmement dense. En fait, de nombreux astronomes différencient certains trous noirs, comme les supermassifs, des stellaires (ceux qui se forment à partir d'étoiles).

Cependant, pourrait-il en être de même pour les étoiles à neutrons ? Les étoiles à neutrons ne se forment qu'en raison de la gravité intense lors de l'effondrement d'une étoile : la capture d'électrons est forcée et la majorité de l'étoile devient des neutrons. Cela pourrait-il potentiellement arriver aux objets non stellaires, si la gravité force la capture d'électrons ?

Si oui, pourquoi ne voyons-nous pas autant de ces « objets à neutrons » que de trous noirs non stellaires ?


Il ne peut y avoir d'"étoile à neutrons supermassive". La limite de masse supérieure théorique pour une étoile à neutrons se situe entre 2,2 et 3 masses solaires. De plus en plus massifs et ils forment inévitablement des trous noirs. Donc je ne sais pas à quel genre d'"objets à neutrons" vous pensiez ?

Ce que vous entendez par objets « non stellaires » qui auront les densités requises pour faire dégénérer la matière neutronique n'est pas clair non plus ? Il n'y en a pas hormis (I) les noyaux d'étoiles massives en fin de vie. (II) Des naines blanches massives si elles accumulent de la matière au-delà de leur limite de Chandrasekhar. De plus, il existe une le minimum masse pour une étoile à neutrons. Bien que la limite inférieure observée par rapport à celles observées dans la nature soit (jusqu'à présent) d'environ 1,15 M$_{odot}$, il existe une limite inférieure théorique d'environ $0.1$ à $0.2M_{odot}$ défini par la stabilité du neutron contre la désintégration dans les matériaux auto-gravitants (voir https://physics.stackexchange.com/questions/143166/what-is-the-theoretical-lower-mass-limit-for-a-gravitationally- stable-neutron-st/143174#143174 ).

C'est vrai si vous pouviez vous arranger pour compresser n'importe quelle matière à des densités supérieures $sim 10^{15}$ kg/m$^3$ il formerait un matériau dégénéré par les neutrons. Mais cela nécessite (pour autant que nous le sachions) les conditions que j'ai énumérées ci-dessus.


Une étoile à neutrons se formera si vous avez environ 1,4 à 3 masses solaires de matière qui ne produisent pas assez d'énergie pour se maintenir sous la pression des radiations. Donc, en principe, vous pourriez assembler 2 masses solaires de fer et il s'effondrerait sous sa propre gravité et formerait une étoile à neutrons.

Cependant, la grande majorité de l'univers est un mélange d'hydrogène et d'hélium, et si vous assemblez 2 masses solaires de ces matériaux, la fusion commencera bien avant qu'elle ne s'effondre et que vous obteniez une étoile normale. Il semble donc probable que chaque étoile à neutrons naturelle de l'univers réel ait traversé une phase de combustion nucléaire et soit donc une étoile à neutrons "stellaire".

Il est tout simplement concevable qu'une fluctuation de densité dans le tout premier univers aurait pu être de la bonne taille pour que la matière s'y refroidisse en neutronium plutôt qu'un simple nuage plus dense de matière normale, mais elle aurait été entourée d'une matière normale assez dense, donc deviendrait probablement un trou noir.


Comme d'autres l'ont souligné, la raison pour laquelle nous ne voyons pas d'étoiles à neutrons non stellaires est que les pressions nécessaires pour les former ne se trouvent généralement que dans les étoiles. Les pressions inférieures ne forment pas de matière dégénérée neutronique et les pressions supérieures forment des trous noirs.

Je pense qu'une partie de votre question peut être de savoir si de plus petites quantités de matière dégénérée par les neutrons, qui seraient sous une pression constante plus faible, sont stables. Je pense que la réponse est soit "non" soit "pas beaucoup de pression plus basse", puisque même les croûtes des étoiles à neutrons sont censées avoir des noyaux séparés : https://link.springer.com/article/10.12942/lrr-2008- dix . En petites quantités, la matière dégénérée à neutrons exploserait probablement avec une force extrême, comme s'il s'agissait simplement d'un atome ridiculement superlourd et riche en neutrons : https://physics.stackexchange.com/questions/10052/what-would-happen -à-une-cuillère-à-café-de-matière-étoile-à-neutrons-si-libéré-sur-terre

Cependant, certaines théories suggèrent que cela ne serait pas vrai pour les types plus denses de matière quark-gluon qui sont susceptibles d'être trouvés à l'intérieur des "étoiles à neutrons" massives. Le concept de "matière étrange" composé de quarks haut, bas et étranges est bien connu, et il a été notoirement prédit par certains qu'il est stable à température ambiante, après sa formation, peut-être même en convertissant la matière normale qu'il touche en matière étrange (ou, alternativement, peut-être pas). Les "strangelets", ou de minuscules morceaux de matière étrange, sont un candidat pour ce que pourrait être la matière noire, et il a même été suggéré qu'ils pourraient frapper la Terre environ une fois par an et expliquer certains cratères étranges : https://arxiv.org/ ftp/arxiv/papers/2007/2007.04826.pdf

De même, il a également été suggéré que des noyaux atomiques très lourds (A> environ 300) pourraient s'effondrer en une mer de quarks up et down appelés "matière quark up-down" ou udQM, qui pourraient en réalité être plus stables que "matière étrange " (uds-matière). Cela a été suggéré pour créer un "continent de stabilité", où les noyaux de cette taille sont en fait stables, contrairement aux noyaux superlourds plus petits, et a été suggéré comme alternative aux étranges comme candidats à la matière noire : https://en.wikipedia.org /wiki/Continent_of_stability

Inutile de dire que les deux types de matière QCD sont extrêmement théoriques car A) seules des pressions de type supernova peuvent les créer, même si elles s'avèrent stables ou métastables à basse pression, B) nos méthodes de fabrication de noyaux superlourds avec les accélérateurs de particules n'ont pas encore progressé jusque-là, C) les bons calculs de chromodynamique quantique sont très difficiles à faire, et de très bons calculs de ce genre n'ont été effectués que pour de petits noyaux, donc le calcul de ces prédictions (y compris celui sur les neutrons -matière dégénérée) sont basées sur toutes les approximations qui introduisent probablement des erreurs significatives.

Il est possible que d'autres études sur les collisions entre les neutrons et les étoiles en révèlent plus sur la nature de leur intérieur et si ces collisions pourraient même libérer de la matière ultradense sans qu'elle ne se désintègre en noyaux de taille normale. (Si ce n'est pas le cas, cela ne veut pas dire que cette matière ultradense ne pourrait pas être stable, car ce pourrait être simplement l'énergie de la collision qui l'a détruite, et même si c'est le cas, une telle source n'est probablement pas un principale source de matière noire, car cela entraînerait une augmentation de la quantité de matière noire à mesure que l'univers vieillit, ce qui, je pense, va à l'encontre de l'observation.)


A quel moment la Terre deviendrait-elle un trou noir ?

Pratiquement tout pourrait, en théorie, devenir un trou noir s'il était suffisamment petit. À quel moment la Terre deviendrait-elle un trou noir (très peu impressionnant) dans l'espace ? Nous allons le découvrir et raconter l'histoire du Schwarzschild Radius.

Karl Schwarzschild est l'une de ces personnes qui nous font prendre conscience avec ressentiment du peu que nous faisons au cours de nos journées. Il était un professeur d'astrophysique très respecté en Allemagne, l'un des principaux centres de recherche en physique. Lorsque la Première Guerre mondiale éclate, il s'engage dans l'armée et est envoyé sur le front russe. Il n'y avait pas vraiment de front agréable pendant la Première Guerre mondiale, mais la Russie était extra-dure, et tout le monde aurait compris s'il s'était simplement concentré sur le fait de rester en vie. Au lieu de cela, il a obtenu du matériel de lecture, qui s'est avéré être la théorie de la relativité générale d'Einstein. Cette théorie a Einstein déclarant que les objets massifs déforment l'espace-temps, et cette distorsion est ce que nous percevons comme la gravité. Schwarzschild a considéré cela et a pensé qu'un objet suffisamment massif emballé dans un espace suffisamment petit pouvait déformer suffisamment l'espace-temps pour que même la lumière ne puisse s'en échapper. Comme il n'y avait rien actuellement dans son assiette (probablement littéralement), il décida d'aller de l'avant et de déterminer cette relation de masse et l'espace dans lequel elle était emballée.

Il a eu l'idée que le rayon dans lequel un objet est devenu un trou noir pourrait être calculé en doublant la masse de l'objet, en la multipliant par la constante gravitationnelle universelle et en divisant le tout par la vitesse de la lumière au carré. Autrement dit:

Cela signifie techniquement que tout peut devenir un trou noir, tant qu'il est suffisamment compressé. "Techniquement" n'est pas la même chose que "pratiquement". Récemment, des scientifiques ont été surpris qu'une étoile quarante fois plus massive que le soleil n'ait pas réussi à produire un trou noir après son effondrement. Mais, si nous avions des masseurs surnaturels, presque tout pourrait être compressé dans un trou noir s'il était poussé dans son propre rayon Schwarzschild. Il faudrait que ce soit un sacré câlin – pour que le soleil se transforme en trou noir, il faudrait le pousser jusqu'à environ trois kilomètres de rayon. La Terre devrait être pressée pour avoir un rayon de 8,7 millimètres. On pourrait penser que cela est très peu impressionnant, mais j'aime penser que c'est comme un petit assassin de l'espace.

Malheureusement, Schwarzschild est décédé d'une infection dans l'année suivant son calcul éponyme. Il n'a jamais vu de trous noirs, ni une large acceptation de son idée. Mais il a certainement beaucoup fait.


Un trou noir brise la physique après avoir dévoré un objet inconnu "Je n'ai rien vu de tel"

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Trou noir : l'animation décrit le fonctionnement du « battement de cœur »

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Les trous noirs sont des régions de l'espace-temps qui se forment lorsque des étoiles massives s'effondrent à la fin de leur cycle de vie et peuvent continuer à croître en absorbant des étoiles et en fusionnant avec d'autres trous noirs. Cette interaction permet aux scientifiques d'identifier leur présence, car le rayonnement électromagnétique est émis sous forme de lumière visible à travers l'espace. De cette façon, les astronomes ont identifié de nombreux candidats trous noirs stellaires dans les systèmes binaires et ont établi que la source radio connue sous le nom de Sagittaire A*, au cœur de la galaxie de la Voie lactée, contient un trou noir supermassif d'environ 4,3 millions de masses solaires.

Tendance

Mais à 800 millions d'années-lumière, un trou noir a dévoré un objet non identifié et la fusion cosmique qui en a résulté a libéré suffisamment d'énergie pour froisser le tissu de l'espace-temps.

Ces ondes gravitationnelles ont voyagé à travers l'univers et finalement sur la Terre le 14 août 2019.

Trois détecteurs aux États-Unis suffisamment sensibles pour mesurer une action aussi minuscule ont enregistré l'activité, mais au fur et à mesure que les scientifiques décodaient les informations, ils se sont grattés la tête.

Vicky Kalogera de l'Université Northwestern, qui a coordonné le rapport sur la fusion, a déclaré : "Nous n'avons jamais vu, avec confiance, quelque chose comme ça auparavant".

Le trou noir a dévoré un objet inconnu (Image : GETTY)

Les trous noirs sont des régions de l'espace-temps (Image : GETTY)

Publié dans Astrophysical Journal Letters en juin, les chercheurs ont déclaré que la collision, appelée GW190814, se démarque des dizaines de fusions cosmiques détectées par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

Pendant des millions, voire des milliards d'années, les deux objets se sont mis en orbite, se rapprochant de plus en plus en spirale jusqu'à ce qu'ils finissent par entrer en collision.

Les astronomes ont déterminé que l'un de ces objets était un trou noir avec autant de masse que 23 soleils et l'autre objet mystérieux était d'environ 2,6 masses solaires.

Le phénomène inconnu a déconcerté les scientifiques car sa masse le place quelque part entre l'étoile à neutrons connue la plus lourde ou le trou noir le plus léger.

Le Dr Kalogera a ajouté : &ldquoSi c'est une étoile à neutrons, c'est une masse excitante pour une étoile à neutrons. Si c'est un trou noir, c'est une masse excitante pour un trou noir.

L'activité a été reprise par LIGO (Image : GETTY)

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&ldquoDans tous les cas, il a réveillé nos antennes au moment où nous l'avons vu.&rdquo

Les observations suggèrent que l'étoile à neutrons la plus lourde a environ 2,1 masses solaires, mais la plupart sont proches d'environ 1,4, tandis que les trous noirs les plus légers ont environ cinq masses solaires.

L'Université de l'Arizona, Feryal Ozel, qui étudie les limites de ces objets, a déclaré : « Si cela finit par être une étoile à neutrons et si une étoile à neutrons peut être aussi massive que 2,6 masses solaires, cela change vraiment de paradigme ».

Les deux scientifiques soupçonnent tous deux que l'objet mystérieux est un trou noir, mais notez qu'il sera difficile de prouver de toute façon.

Les scientifiques ont été déconcertés (Image: WIKI)

Maintenant, les astronomes doivent travailler pour en savoir plus (Image: GETTY)

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Le Dr Ozel a ajouté : &ldquoJe ne pense pas que nous ayons la moindre chance de savoir quel est cet objet.

&ldquoLes signes révélateurs qu'il aurait pu s'agir d'une étoile à neutrons ne sont tout simplement pas là &ndash mais leur absence ne veut rien dire non plus.&rdquo

Même sans savoir quel est l'objet, l'événement est unique parce qu'ils sont si incompatibles, brisant ce que les astronomes pensaient savoir sur le comportement des phénomènes cosmiques.

La plupart des collisions impliquent des paires de masses relativement similaires, mais à 23 masses solaires, ce trou noir est environ neuf fois plus lourd que son partenaire plus léger.


Un objet peut-il devenir un trou noir en se déplaçant assez vite ?

cette semaine à l'école, nous avons appris la relativité restreinte et nous avons appris que la masse d'un objet augmente à mesure que sa vitesse approche c. Cela signifie-t-il qu'il y aurait un point où sa masse serait suffisamment grande pour qu'il devienne un trou noir ?

Voici mon coup de gueule (bien mérité) contre la masse relativiste. (Votre réponse est enterrée quelque part là-dedans. La réponse est "no".)

Honnêtement, je ne sais pas pourquoi de nombreux textes d'introduction, cours et enseignants insistent pour dire aux étudiants que la masse d'un objet augmente à mesure que sa vitesse augmente. Ce concept est si incroyablement trompeur et incorrect qu'il n'est pas étonnant que tant d'étudiants soient confus.

Le concept de masse relativiste n'est utilisé que dans une vaine tentative de maintenir la formule newtonienne pour la quantité de mouvement (p = mv) également vraie en relativité. Cela semble être une bonne idée, car alors la formule de l'énergie totale serait également assez simple (E = mc 2 ). Au-delà de ces deux usages très spécifiques, le concept de masse relativiste ne sert à rien et vous finissez par avoir un tas de bêtises.

D'une part, vous constatez que la deuxième loi de Newton n'a plus la belle formule F = ma, et vous devez attribuer différentes masses relativistes à chaque direction de la force. C'est-à-dire que dans SR, la force n'est pas toujours parallèle à l'accélération, et la "masse" apparaissant dans la direction tangentielle est différente de la "masse" apparaissant dans la direction transversale. Deuxièmement, nous finissons par avoir des implications plutôt absurdes, comme celles que le PO a rencontrées. Si la masse augmente à mesure que la vitesse d'un objet augmente, il devrait finalement être suffisamment massif pour se trouver dans son propre rayon de Schwarzschild et devenir un trou noir. mais dans son propre cadre de repos, il n'est pas assez massif. Alors, que se passe-t-il ? (Ce n'est pas un trou noir.)

La masse relativiste n'est en réalité qu'un autre nom pour l'énergie E. Alors d'où vient la masse relativiste de toute façon ? La formule pour la quantité de mouvement d'une particule avec "la masse au repos" m et la vitesse v en RS est p = mv, où est le facteur de Lorentz. Donc pour retenir la formule p = Mv, nous définissons une nouvelle "masse relativiste" donnée par M = γm. Mais il est en fait beaucoup plus naturel de définir une nouvelle quantité appelée la 4-vitesse, dont les composantes spatiales sont γv. La composante temporelle est c, et le tout est U = (γc, γv). Le 4-momentum est alors P = mU, par analogie avec la physique newtonienne. La masse d'une particule est alors invariant. Tous les observateurs s'accordent sur la valeur de m.

La masse relativiste n'est en réalité qu'une tentative désespérée de s'accrocher aux anciennes formules et concepts de la physique newtonienne. Un objet qui est accéléré Est-ce que semblent avoir une inertie croissante, mais seulement si vous regardez le problème d'un point de vue newtonien. La vitesse de l'objet ne peut pas dépasser c. Si l'objet (dans son propre cadre) accélère à une accélération constante (correcte) une, l'observateur extérieur verra l'objet décélérer lentement jusqu'à une accélération nulle à mesure que sa vitesse approche c. Il semble donc que l'inertie (le m apparaissant dans F = ma) est croissante. C'est un terrible façon d'analyser ce problème. D'une part, cette analyse est basée sur la deuxième loi de Newton, mais la masse relativiste est liée au nombre m apparaissant dans la formule de quantité de mouvement p = mv. C'est une question subtile. En physique newtonienne, les "m" apparaissant dans F = ma et p = mv sont automatiquement le même nombre. Mais si vous effectuez l'analyse ci-dessus selon laquelle l'inertie de l'objet en accélération augmente, vous devez alors abandonner l'idée que la "masse inertielle" et la "masse impulsionnelle" sont en fait les mêmes. (Encore une fois, la raison en est que la force n'est en fait pas parallèle à l'accélération en général, et pour avoir un espoir de cohérence, la masse relativiste devrait être différente dans les directions transversale et parallèle.) Aujourd'hui, nous comprenons que l'énergie joue ce rôle rôle inertiel. La masse ne change pas, mais la formule de l'énergie a changé de telle manière que l'énergie de l'objet approche l'infini à mesure que sa vitesse approche. c.

Pourquoi sauter à travers tous ces cerceaux et redéfinir le concept de masse d'une manière qui s'avère terriblement incohérente une fois que vous commencez à analyser des problèmes plus complexes ? Il vaut mieux se rendre compte que la relativité exige que l'univers ait un géométrie que celui de la physique newtonienne. L'impossibilité de dépasser la vitesse d'un objet c n'a rien à voir avec une inertie accrue, mais plutôt la géométrie sous-jacente de l'univers. Ainsi, il est plus naturel de changer la façon dont nous voyons et définissons la position et la vitesse, surtout une fois que nous voyons que le temps et l'espace doivent être unifiés en espace-temps. (Bien sûr, une fois que vous allez à GR, malgré les difficultés à définir la masse, il est très immédiatement évident que vous ne devriez pas la définir d'une manière dépendante du cadre. La masse relativiste est donc super incorrecte en GR.)

Bien qu'Einstein lui-même décourage l'utilisation de la masse relativiste, le concept est devenu très populaire. À la fin des années 1980, plusieurs physiciens ont entamé un mouvement contre la masse relativiste. J'étais au lycée au début des années 2000 lorsque j'ai appris la physique pour la première fois, et je n'ai jamais personnellement utilisé un texte ou suivi un cours qui utilisait la masse relativiste. (Je n'avais même pas réalisé qu'un tel concept existait jusqu'à la moitié de mes études universitaires lorsque je suis tombé sur un vieux texte sur la relativité.) Je suppose donc que quelque part dans les années 1990 ou peut-être même au début des années 2000, la majorité des physiciens avaient obtenu à bord avec la mort à masse relativiste. Alors aujourd'hui, quand je lis des questions comme celle de l'OP, je me contente de reculer et de grimacer. Qui diable enseigne encore ce concept terrible et dépassé ? Pouah.


Un nouveau type d'explosion spatiale révèle la naissance d'un trou noir

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Photographie : SAKKMESTERKE/Source scientifique

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En 2018, les astronomes ont été choqués de découvrir une étrange explosion dans une galaxie à 200 millions d'années-lumière. Ce n'était pas comme n'importe quelle supernova normale vue auparavant - c'était à la fois plus bref et plus lumineux. L'événement a reçu une désignation officielle, AT2018cow, mais il est rapidement devenu un surnom plus jovial : la vache.

Histoire originale réimprimée avec la permission de Magazine Quanta, une publication éditoriale indépendante de la Fondation Simons dont la mission est d'améliorer la compréhension du public de la science en couvrant les développements et les tendances de la recherche en mathématiques et en sciences physiques et de la vie.

L'événement de courte durée, connu sous le nom de transitoire, a défié toute explication. Certains pensaient qu'il pourrait s'agir d'une étoile déchirée par un trou noir à proximité, mais d'autres préféraient un scénario de «supernova ratée», où un trou noir mange littéralement une étoile de l'intérieur vers l'extérieur. Pour le savoir avec certitude, ils devaient trouver plus d'événements semblables à ceux de la vache.

Plus de deux ans plus tard, ils en ont obtenu un.

À partir du 12 octobre 2020, les télescopes ont observé que quelque chose dans une galaxie à 3 milliards d'années-lumière devenait incroyablement lumineux, puis disparaissait de la vue. Il s'est comporté presque de manière identique à la vache, ont rapporté les astronomes dans un article publié sur le site de préimpression en ligne arXiv.org la semaine dernière, les amenant à conclure qu'il doit s'agir du même type d'épisode. Conformément à la tradition, il a reçu son propre nom d'inspiration animale : le chameau.

"C'est vraiment excitant", a déclaré Deanne Coppejans, astrophysicienne à l'Université Northwestern. « La découverte d'un nouveau transitoire comme AT2018cow montre que ce n'est pas complètement excentrique. C'est un nouveau type de transitoire que nous examinons.

La vache était une surprise totale, et les astronomes ne savaient pas vraiment ce qu'ils regardaient quand elle est apparue. Le Camel, en revanche, était comme un cambrioleur déclenchant le nouveau système d'alarme. "Nous avons pu réaliser ce que c'était quelques jours après son déclenchement", a déclaré Daniel Perley, astrophysicien à l'Université John Moores de Liverpool qui a dirigé la nouvelle étude. "Et nous avons obtenu beaucoup de données de suivi."

Quatre jours plus tard, l'équipe a utilisé des télescopes aux îles Canaries et à Hawaï pour obtenir des données vitales sur ses propriétés. Ils ont ensuite lancé une alerte à d'autres astronomes sur un service appelé Astronomer's Telegram.

L'événement a reçu deux appellations. L'un, AT2020xnd, provenait d'un catalogue mondial de tous les transitoires, et l'autre, ZTF20acigmel, provenait de la Zwicky Transient Facility, le télescope où il a été découvert. L'équipe a tordu ce dernier dans son surnom de "Camel". "Xnd n'avait pas tout à fait la même sonorité", a déclaré Perley.

Comme son prédécesseur, le Camel est devenu très brillant en peu de temps, atteignant son apogée en deux ou trois jours. Il est devenu environ 100 fois plus brillant que n'importe quel type normal de supernova. Ensuite, il s'est rapidement estompé dans un processus qui n'a duré que quelques jours, plutôt que des semaines. "Il s'estompe très rapidement, et pendant qu'il s'estompe, il reste chaud", a déclaré Perley.

Avant cette découverte, les astronomes avaient passé au crible les données historiques pour trouver deux autres événements semblables à ceux de la vache, le « Koala » et CSS161010, mais le chameau est le premier à être vu en temps réel et donc étudié en détail depuis la vache.

Les quatre événements ont des propriétés similaires. Ils deviennent rapidement brillants, puis s'estompent rapidement. Ils sont également chauds, ce qui les rend bleus. Mais ces «transitoires optiques bleus rapides» ne sont pas identiques.

"L'explosion elle-même et le type de comportement d'au-delà des zombies sont assez similaires", a déclaré Anna Ho, astrophysicienne à l'Université de Californie à Berkeley, qui a découvert le Koala et faisait partie de l'équipe de découverte de Camel. Les événements semblent tous être une sorte d'explosion d'une étoile qui entre en collision avec du gaz et de la poussière à proximité. "Mais l'étape de collision où vous voyez l'explosion entrer en collision avec le matériau ambiant, qui a montré une certaine variation dans la quantité de matériau qui traîne et la vitesse à laquelle l'onde de choc de l'explosion traverse le matériau."

L'idée maîtresse du moment est l'hypothèse de la supernova ratée. Le processus commence lorsqu'une étoile massive d'environ 20 fois la masse de notre soleil atteint la fin de sa vie et épuise son carburant. Son noyau s'effondre alors, commençant ce qui serait normalement une supernova régulière, où la matière tombante rebondit, laissant derrière elle un objet dense appelé étoile à neutrons.

Mais dans des cas comme le chameau et la vache, "quelque chose d'inhabituel se produit dans le processus d'effondrement du noyau", a déclaré Perley. "Ce que nous prétendons, c'est qu'au lieu de s'effondrer en une étoile à neutrons, elle s'est effondrée directement dans un trou noir, et la majeure partie de l'étoile est tombée dans le trou noir."


Le mystère des ondes gravitationnelles pourrait être le signe d'un nouveau type de trou noir

Un étrange ensemble d'ondes gravitationnelles a été envoyé à travers l'espace par un objet mystérieux. Il pourrait s'agir du plus petit trou noir jamais découvert ou de la plus grande étoile à neutrons.

Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans l'espace-temps causées par le mouvement d'objets massifs. Le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) a détecté ces ondes provenant de nombreuses paires de trous noirs entrant en collision au cours des dernières années, ainsi que d'une paire d'étoiles à neutrons.

Maintenant, ils ont trouvé une collision vraiment déroutante, a déclaré Katerina Chatziioannou, membre de l'équipe LIGO, lors d'une réunion de l'American Astronomical Society à Hawaï le 6 janvier. Un détecteur LIGO en Louisiane a repéré des signes de collision entre deux objets, mais personne ne sait exactement quel est l'un des objets.

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Dans ce fracas, l'un des objets était définitivement une étoile à neutrons avec une masse comprise entre 1,1 et 1,7 fois la masse du soleil. Alors que l'autre objet est probablement aussi une étoile à neutrons, des mois d'analyse n'ont pas été en mesure de le prouver, explique Nelson Christensen, membre de l'équipe LIGO.

Sa masse pourrait atteindre 2,5 fois celle du soleil, ce qui signifie qu'elle pourrait être suffisamment massive pour être un trou noir.

Lire la suite : Un trou noir qui « sonne comme une cloche » montre qu'Einstein avait raison

"Nous n'avons jamais vu d'étoile à neutrons avec une masse aussi importante", déclare Christensen. « La question est, est-ce vraiment une étoile à neutrons ? Si c'est le cas, alors nous avons détecté une étoile à neutrons lourde vraiment étrange, mais si c'est un trou noir, c'est un trou noir très léger.

Bien que l'idée d'un trou noir de masse aussi faible soit plausible, le plus léger que l'on ait trouvé à ce jour est 3,3 fois la masse du soleil. S'il ne s'agit pas du plus petit trou noir jamais trouvé, mais en fait d'une étoile à neutrons, cet objet est encore inhabituel car il n'est pas clair comment une étoile à neutrons avec un partenaire proche pourrait devenir si grande.

"C'est clairement plus lourd que toute autre paire d'étoiles à neutrons jamais observée", a déclaré Chatziioannou lors d'une conférence de presse. "L'existence d'un système comme celui-ci remet en question notre compréhension actuelle de la façon dont ces systèmes forment des binaires et fusionnent pour émettre des ondes gravitationnelles."

Nous devrions nous habituer à ce genre de découverte étrange, dit Christensen. "Nous obtenons environ un événement d'onde gravitationnelle par semaine maintenant, et c'est beaucoup", dit-il. "Avec beaucoup d'événements, vous voyez inévitablement des trucs sympas de temps en temps."


Les trous noirs n'ont pas de cheveux

Cela peut sembler un titre étrange, et il l'est, mais croyez-moi quand je dis que c'est une expression parfaitement acceptable en physique. Cela fait référence au fait que tout ce dont vous avez besoin pour décrire parfaitement un trou noir est 3 nombres observables de l'extérieur, le reste des informations (cheveux) sur la matière qui a fait le trou noir est perdu. Les 3 nombres dont vous avez besoin pour décrire un trou noir sont ses Masse (), moment angulaire () et Charge (). Toutes les autres informations sont perdues, ce qui est potentiellement énorme, car un trou noir avec un , et peut être formé à partir de nombreuses collections différentes de particules.

Donc, si vous aviez deux étoiles avec les mêmes valeurs pour , , et , mais l'un était fait de matière et l'autre d'antimatière, alors quand ils s'effondraient en trous noirs, ils seraient identiques. Vous ne seriez pas en mesure de dire qui était quoi. L'information est perdue derrière l'horizon des événements.

Les principales équations que nous avons jusqu'à présent pour un trou noir sont 3, 4 et 5. Comme vous pouvez le voir, la seule variable dans les équations 3 et 4 est la masse (). L'équation 5 ne dépend que de la surface de l'horizon des événements , cependant la surface d'une sphère dépend de son rayon, et d'après l'équation 3, nous savons que le rayon dépend de .


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L'annonce est la dernière d'une série de découvertes spectaculaires au cours desquelles des ondes gravitationnelles – de minuscules ondulations qui se propagent dans l'espace et le temps lorsque deux objets massifs entrent en collision – ont été détectées sur Terre.

Ils sont utilisés pour brosser un tableau de certains des événements cosmiques les plus importants, les plus violents et les plus inhabituels qui se produisent à travers l'Univers.

"Quand j'ai vu l'alerte pour la première fois, ma mâchoire a touché le sol", a déclaré Charlie Hoy de l'Université de Cardiff, qui a travaillé avec LIGO lorsque la découverte a été faite.

"Ce n'est que lorsque j'ai vu l'importance de cet événement que j'ai compris à quel point cet événement pourrait être important pour les astrophysiciens du monde entier", a-t-il déclaré.

"Il s'agissait de la première détection possible d'un candidat étoile-trou noir à neutrons hautement significatif - quelque chose que nous n'avions jamais vu auparavant."

L'Université de Cardiff est impliquée dans le LIGO soutenu par les États-Unis depuis sa création et le Gravity Exploration Institute de l'université a développé des algorithmes et des logiciels qui sont devenus des outils standard pour détecter les signaux d'ondes gravitationnelles.

La dernière détection d'ondes gravitationnelles, à l'aide de détecteurs sophistiqués aux États-Unis et en Italie, a en fait eu lieu le 14 août 2019.

Ce graphique montre les masses de trous noirs détectés par des observations électromagnétiques (violet), des trous noirs mesurés par des observations d'ondes gravitationnelles (bleu), des étoiles à neutrons mesurées par des observations électromagnétiques (jaune) et des étoiles à neutrons détectées par des ondes gravitationnelles (orange)

Depuis lors, Hoy et ses collègues dirigent l'« estimation des paramètres » pour cet événement particulier au nom de LIGO.

Cela impliquait de démêler les signaux des ondes gravitationnelles et de les associer à des millions de combinaisons possibles pour déterminer les propriétés des objets qui ont produit les ondes gravitationnelles en premier lieu.

Cela inclut des paramètres tels que leur masse, la vitesse et la direction dans lesquelles ils tournaient et leur distance par rapport à la Terre.

"Être un membre junior de la collaboration responsable d'une partie importante de l'analyse et de la rédaction du document de découverte a été une expérience d'apprentissage énorme, et je suis extrêmement reconnaissant de faire partie", a déclaré Hoy.

Les ondes gravitationnelles émises par cet événement particulier, qui a été surnommé GW190814, ont conduit à la création d'un trou noir de 25 fois la masse du Soleil.

On pense que l'objet mystérieux avait une masse 2,6 fois supérieure à celle du soleil, le plaçant fermement dans ce qu'on appelle le « mass gap ».

La collision des deux objets a généré des ondes gravitationnelles qui se sont propagées à travers l'univers et ont frappé la Terre

Les deux objets - dont l'un était un trou noir 23 fois la masse du Soleil - ont fusionné pour former un trou noir plus grand 25 fois la masse du Soleil

"L'existence d'objets dans le fossé de masse est un mystère permanent en astrophysique depuis des décennies", a poursuivi Hoy.

«Ce que nous ne savons toujours pas, c'est si cet objet est l'étoile à neutrons connue la plus lourde ou le trou noir le plus léger connu, mais nous savons que de toute façon, il bat un record.

«Ce qui est vraiment excitant, c'est que ce n'est que le début. Au fur et à mesure que les détecteurs deviennent de plus en plus sensibles, nous observerons encore plus de ces signaux et nous pourrons localiser les populations d'étoiles à neutrons et de trous noirs dans l'univers.

Le Dr Vivien Raymond, membre de l'équipe LIGO basée à l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Cardiff, a déclaré que cette nouvelle détection repousse les limites de ce que nous savons sur les étoiles à neutrons et les trous noirs.

"Ce nouvel événement en particulier a impliqué les efforts conjoints de nombreux experts internationaux différents dans la collaboration, et nous essayons de nous préparer à la prochaine surprise que la nature révélera", a déclaré Raymond.

Le professeur Sheila Rowan, directrice de l'Institute for Gravitational Research (IGR) de l'Université de Glasgow, a déclaré que la découverte avait presque été complètement manquée.

"Il est possible que nous l'ayons complètement raté si nous n'avions pas pris le temps de réfléchir et d'apprendre de nos premiers succès", a déclaré Rowan.

Davantage d'observations et de recherches cosmiques devront être entreprises, pour établir si ce nouvel objet est en effet quelque chose qui n'a jamais été observé auparavant ou s'il peut plutôt être le trou noir le plus léger jamais détecté.

It could also be the heaviest neutron star ever detected, researchers say.

The new findings from the LIGO Scientific Collaboration and the European Virgo Collaboration have been published in The Astrophysical Journal.

WHAT ARE GRAVITATIONAL WAVES?

Scientists view the the universe as being made up of a 'fabric of space-time'.

This corresponds to Einstein's General Theory of Relativity, published in 1916.

Objects in the universe bend this fabric, and more massive objects bend it more.

Gravitational waves are considered ripples in this fabric.

Gravitational waves are considered ripples in the fabric of spacetime. They can be produced, for instance, when black holes orbit each other or by the merging of galaxies

They can be produced, for instance, when black holes orbit each other or by the merging of galaxies.

Gravitational waves are also thought to have been produced during the Big Bang.

Scientists first detected the shudders in space-time in 2016 and the discovery was hailed the 'biggest scientific breakthrough of the century'.

Experts say gravitational waves open a 'new door' for observing the universe and gaining knowledge about enigmatic objects like black holes and neutron stars.


Is it a neutron star or black hole? Astronomers are confused by this mysterious object

On August 14, 2019, astronomers discovered evidence of something mysterious they're only starting to understand.

It started with gravitational waves, which were detected by observatories in Washington and Italy. The signal of those waves a result of two massive cosmic objects crashing and then merging into one another — a black hole that's about 23 times as massive as the Sun and a second mysterious object of 2.6 solar masses.

The object in question remains unclassified as it falls within an elusive mass gap which makes it either the lightest known black hole or the heaviest known neutron star.

The detection of the mysterious object is detailed in a study published this week in The Astrophysical Journal Letters.

The death of stars can result in two objects black holes or neutron stars. As a star nears the end of its life, it runs out of fuel and collapses under the weight of its own gravity. The larger stars leave behind a black hole, a great amount of matter packed into a tight area of space, while the remnants of slightly smaller stars create neutron stars, an extremely dense, dead core of a star.

The lightest black hole is about five times the mass of the Sun, while the heaviest neutron stars are 2.5 times the mass of the Sun.

However, this newly discovered object is 2.6 times the mass of the Sun, which makes it neither a light black hole nor a heavy neutron star. Instead, it exists in the yet undefined 'mass gap' between the two objects.

"Even though we can't classify the object with conviction, we have seen either the heaviest known neutron star or the lightest known black hole," Vicky Kalogera, a professor of physics and astronomy at Northwestern's Weinberg College of Arts and Sciences, who coordinated the writing of the new paper, said in a statement. "Either way, it breaks a record."

This so-called mass gap has intrigued astronomers for decades, but this discovery marks the first time an object fits right into the gap between black holes and neutron stars.

The merger of this mysterious object with the larger black hole was detected by the National Science Foundation's Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) and the European Virgo observatory, and dubbed GW190814.

The merger resulted in a black hole that's about 25 times the mass of the Sun, located around 800 million light-years away from Earth.

Before they merged, the masses of the two objects differed by a factor of nine which made this merging event the most extreme mass ratio of any gravitational wave event detected.

"I think of Pac-Man eating a little dot," Kalogera said. "When the masses are highly asymmetric, the smaller compact object can be eaten by the black hole in one bite."

However, the researchers behind the new study believe that this type of merger could occur a lot more frequently than previous models have predicted.

Although astronomers are not able to define this freak of nature just yet, they are hoping that future observations of similar merger events or of objects that fit into this odd mass gap will help them identify whether the mysterious object is a black hole or neutron star.

"This observation is yet another example of the transformative potential of the field of gravitational-wave astronomy, which brings novel insights to light with every new detection," Pedro Marronetti, program director for gravitational physics at the National Science Foundation, said in a statement. "[It] cannot be explained without defying our understanding of extremely dense matter or what we know about the evolution of stars."


6 Answers 6

The question really boils down to the dynamics of event horizons when black holes merge. It turns out that there are some great simulations that explore these dynamics. If one scrolls down to the bottom of this black-holes.org page one can see a video of the merging of two different sized black holes. One can review the underlying paper and see that the actual development of the simulation was very extensive.

The actual event horizons do move and oscillate, so the question is whether the spaceship itself has become some sort of physical element of the black hole after it has crossed the event horizon. Since it is argued in most cases that space craft can cross the event horizon in large black holes without witnessing any sort of significant effect, although the spacecraft's mass must be considered part of the black hole's mass after crossing the event horizon, it still has some freedom of movement.

We can see from the simulation that the geodesics that define the event horizon fluctuate when the holes merge. So if the geodesics fluctuate is it possible that the spacecraft would find itself on a geodesic that suddenly allows for an escape?

The answer should be no. The geodesics defining the horizon require trajectories with velocities greater than the speed of light. The spacecraft can not exceed the speed of light. So while the geodesic its on might distort during the merger of the black hole, it is the underlying space itself that is distorting, which is not going to impart some ability to defy local laws of physics to the space craft. As such, it will stay inside the blackhole horizon since its geodesic, while distorted, will still remain inside the horizon.