Astronomie

Mini disque d'un sens de trou noir

Mini disque d'un sens de trou noir

Qu'entend-on par « mini disque » d'un trou noir ? Est-ce la même chose que le disque d'accrétion ? Si non, quelle est la différence ?

Ex : Dans le résumé de cet article https://arxiv.org/abs/1806.05697, il est mentionné « Lorsque le taux d'accrétion est relativement élevé, le disque circumbinaire, les flux d'accrétion et les mini-disques se combinent pour émettre de la lumière dans les UV/ bandes EUV"


Cet article, Quasi-Periodic Behavior of Mini-Disks in Binary Black Holes Approaching Merger, qui partage les auteurs avec l'article lié à la question, met en lumière la terminologie.

Nous présentons la première simulation magnétohydrodynamique dans laquelle un disque circumbinaire autour d'un trou noir binaire relativiste alimente en masse des disques d'accrétion individuels ("mini-disques") autour de chaque trou noir.

Ils parlent de systèmes de trous noirs binaires actifs. Le système dans son ensemble a un disque d'accrétion, le disque circumbinaire, et chaque trou noir a son propre disque d'accrétion, qu'ils appellent le mini-disque.


Le mystère de la disparition (et de la réapparition) du repas d'un trou noir peut être résolu

Le festin du trou noir affamé a peut-être été interrompu par une étoile qui passait.

Parce que trous noirs ne peuvent pas être étudiés directement, les scientifiques surveillent souvent leurs habitudes alimentaires pour comprendre ce que font ces mastodontes. Alors, qu'est-ce que cela signifie lorsqu'un trou noir cesse soudainement d'engloutir complètement du gaz - et puis recommence tout aussi soudainement, plus affamé que jamais ?

C'était le casse-tête auquel les scientifiques étaient confrontés en regardant un galaxie connu sous le nom de 1ES 1927+654 sur une période de plusieurs mois en 2018. Bien que le désordre lumineux laissé par les habitudes alimentaires d'un trou noir augmente et diminue souvent, cette fois, les scientifiques ont vu quelque chose de sans précédent : une atténuation presque totale puis un éclaircissement bien au-delà de la galaxie moyenne précédente.

« Normalement, nous ne voyons pas de telles variations dans l'accumulation de trous noirs », Claudio Ricci, astrophysicien à l'Université Diego Portales au Chili et auteur principal de l'étude, a déclaré dans un communiqué de la NASA.

Les premiers indices que quelque chose n'allait pas sont venus d'observations faites par deux grands programmes d'enquête, qui scannent le ciel à la recherche d'éclairs, de détonations et de sifflements contre les étoiles stables. Ces premiers regards ont incité les scientifiques à recruter quelques Observatoires de rayons X pour avoir une meilleure idée de ce qui se passait dans ce coin de ciel.

"C'était tellement étrange qu'au début, nous pensions qu'il y avait peut-être quelque chose qui n'allait pas avec les données", a déclaré Ricci. "Quand nous avons vu que c'était réel, c'était très excitant. Mais nous n'avions aucune idée de ce à quoi nous avions affaire, personne à qui nous avons parlé n'avait rien vu de tel."

Ricci et ses collègues étudiaient ce que les scientifiques appellent un la couronne du trou noir, le magnifique halo de gaz incroyablement chaud au-dessus et au-dessous du repas du trou noir, un disque de gaz connu sous le nom de disque d'accrétion. La couronne brille avec les rayons X, et plus un trou noir consomme de "nourriture", plus la couronne devient lumineuse.

Habituellement, la couronne d'un trou noir s'éclaircit ou s'assombrit périodiquement, disons, 100 fois, en fonction de l'approvisionnement alimentaire du trou noir. C'est loin de ce qu'a fait la couronne du trou noir dans cette galaxie particulière. Au cours de 40 jours, les scientifiques ont réussi à le voir s'atténuer d'un facteur 10 000, puis, pendant plus de trois mois, la couronne s'est à nouveau éclaircie, jusqu'à 20 fois plus puissante qu'elle ne l'avait été au début de l'événement.

Une fois que les scientifiques ont confirmé que les données déroutantes étaient réelles et non une erreur, ils ont dû découvrir ce qui pouvait être à l'origine de l'étrange fluctuation.

Maintenant, les chercheurs soupçonnent que le trou noir a déchiqueté une étoile qui passait, projetant par inadvertance des débris sur lui-même. disque d'alimentation. Ces débris auraient pu dissiper une partie des gaz, laissant le trou noir brièvement affamé avant que le gaz ne fusionne à nouveau, laissant l'objet reprendre son festin.

Mais ce scénario n'est pas nécessairement la bonne explication, selon les chercheurs. "Cet ensemble de données contient de nombreuses énigmes", a déclaré Erin Kara, astrophysicienne au Massachusetts Institute of Technology et co-auteur de la nouvelle étude, dans le même communiqué. "Mais c'est excitant, car cela signifie que nous apprenons quelque chose de nouveau sur l'univers. Nous pensons que l'hypothèse de l'étoile est bonne, mais je pense aussi que nous allons analyser cet événement pendant longtemps."

La recherche est décrite dans un document publié le 16 juillet dans The Astrophysical Journal Letters.


Des scientifiques créent un «trou noir moléculaire» en laboratoire à l'aide du faisceau de rayons X le plus puissant au monde

LE faisceau laser à rayons X le plus puissant au monde a été utilisé pour créer un minuscule "trou noir" microscopique.

La machine utilise des flashs de lumière extrêmement brillants et rapides pour prendre des instantanés au niveau atomique de certains des processus les plus rapides de la nature.

Une seule impulsion a retiré tous les électrons d'un atome, à l'exception de quelques-uns, de l'intérieur vers l'extérieur.

Cela a laissé un vide qui a commencé à attirer des électrons du reste de la molécule - comme un trou noir engloutissant un disque de matière en spirale.

On espère que cette percée conduira à des images ultra-haute résolution avancées de virus et de bactéries - et au développement de meilleurs médicaments.

Le scientifique Sébastien Boutet, du Laboratoire national de l'accélérateur SLAC de l'Université de Stanford, a déclaré que les impulsions de rayons X sont environ cent fois plus intenses que la concentration de toute la lumière du soleil à la surface de la Terre "sur une vignette".

L'expérience a été réalisée à l'aide du laboratoire californien Linac Coherent Light Source (LCLS) - le laser à rayons X le plus puissant au monde.

En 30 femtosecondes - des millionièmes de milliardième de seconde - la molécule a perdu plus de 50 électrons, bien plus que prévu.

LES PLUS LUS DANS LA TECHNOLOGIE ET ​​LA SCIENCE

JEU ON

ESPRIT & YEUX

GRAND OUVERT

CHIFFRES MANQUANTS

SANS I-TRACE

L'ESPRIT

Le physicien professeur Daniel Rolles, de l'Université d'État du Kansas, a déclaré : "Pour tout type d'expérience que vous faites et qui concentre des rayons X intenses sur un échantillon, vous voulez comprendre comment il réagit aux rayons X.

"Cet article montre que nous pouvons comprendre et modéliser les dommages causés par les radiations dans les petites molécules, nous pouvons donc maintenant prédire quels dommages nous obtiendrons dans d'autres systèmes."

L'instrument d'imagerie à rayons X cohérent (CXI) délivre des rayons X avec les énergies les plus élevées possibles et enregistre les données des échantillons juste avant que l'impulsion laser ne les détruise.

L'étude publiée dans Nature a utilisé des miroirs spéciaux pour focaliser le faisceau de rayons X sur un point d'un peu plus de 100 nanomètres de diamètre - mille fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain.

Ils ont examiné trois types d'échantillons : des atomes de xénon individuels, qui ont chacun 54 électrons, et deux types de molécules qui contiennent chacune un seul atome d'iode, qui a 53 électrons.

Le flash de rayons X extrêmement intense a éliminé tellement d'électrons de l'atome d'iode qu'il a attiré des électrons des atomes de carbone et d'hydrogène voisins - avant de finalement les cracher.

Les scientifiques ont dit que c'était comme une version électromagnétique d'un trou noir.

Plutôt que de perdre 47 électrons, comme ce serait le cas pour un atome d'iode isolé, l'iode de la plus petite molécule en a perdu 54, y compris ceux qu'elle a récupérés de ses voisins.

Il s'agissait d'un niveau de dommages et de perturbations non seulement plus élevé que prévu, mais de nature significativement différente.

Le directeur du LCLS, Mike Dunne, a déclaré : « Cela présente des avantages importants pour les scientifiques souhaitant obtenir les images les plus hautes résolutions de molécules biologiques - par exemple, pour éclairer le développement de meilleurs produits pharmaceutiques.

"Ces expériences guident également le développement d'un instrument de nouvelle génération pour le projet de mise à niveau du LCLS-II, qui fournira un saut de capacité majeur en raison de l'augmentation du taux de répétition de 120 impulsions par seconde à 1 million."


Qu'y a-t-il dans un jet d'un trou noir ?

Quelle est la composition des jets sortant des trous noirs au centre des galaxies ?

Le flux sortant du centre de la galaxie M87 comme un projecteur cosmique est l'un des plus de la nature. [+] des phénomènes étonnants, un jet d'électrons alimenté par un trou noir et d'autres particules subatomiques voyageant presque à la vitesse de la lumière. Dans cette image du télescope spatial Hubble de la NASA, le bleu du jet contraste avec la lueur jaune de la lumière combinée de milliards d'étoiles invisibles et des amas globulaires ponctuels jaunes qui composent cette galaxie. Au centre de M87 se trouve un trou noir supermassif, qui a englouti une masse équivalente à 2 milliards de fois la masse de notre Soleil. Le jet provient du disque de gaz surchauffé tourbillonnant autour de ce trou noir et est propulsé et concentré par les champs magnétiques intenses et tordus piégés dans ce plasma. La lumière que nous voyons (et l'émission radio) est produite par des électrons se tordant le long des lignes de champ magnétique dans le jet, un processus connu sous le nom de rayonnement synchrotron, qui donne au jet sa teinte bleuâtre. Crédit : NASA et The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Pour autant que nous puissions en juger, ce sont principalement des électrons, des neutrons et des protons qui sont projetés dans ces jets. En fin de compte, il s'avère que les électrons sont le facteur clé pour rendre les jets si visibles pour nos télescopes.

Les jets eux-mêmes sont des objets intéressants. Les trous noirs de toutes les galaxies ne produisent pas de jet, même si toutes les galaxies de grande taille ont des trous noirs. Il semble que pour produire ce jet, le trou noir supermassif au centre même de la galaxie doit essayer activement de rassembler de nouveaux matériaux en lui-même. Les trous noirs supermassifs sont ridiculement inefficaces pour grossir, même s'il y a du matériel autour avec lequel travailler. Le trou noir supermassif de notre Voie Lactée ne se développe pas pour le moment car il n'y a pas de matière à proximité, mais même s'il y a ont été beaucoup plus de gaz et de poussière très près du trou noir, le trou noir ne pourrait pas grandir très vite.

Une partie de la raison pour laquelle un trou noir ne se développe pas très rapidement est que le matériau en orbite autour d'un trou noir doit continuer à perdre de l'énergie pour continuer à tomber dans le trou noir, et ce processus de perte d'énergie est entraîné par des choses inefficaces comme la friction et la chaleur . En plus de tout cela, il se passe probablement des choses folles avec les champs magnétiques dans le matériau en rotation rapide autour du trou noir. Les champs magnétiques sont un peu un épouvantail pour les études sur les galaxies - nous savons qu'il y a des champs magnétiques autour, mais nous ne savons pas exactement quel effet ils ont sur la galaxie, et ils sont incroyablement difficiles à modéliser correctement.

Image radiographique en fausses couleurs de la galaxie active elliptique géante Centaurus A (NGC 5128) prise avec le . [+] en orbite autour de l'observatoire à rayons X Chandra, avec son jet de 30 000 années-lumière. Crédit : NASA/SAO/R.Kraft et al.

Dans le cas des jets, nous savons qu'il doit y avoir de forts champs magnétiques, car nous observons un type de lueur qui ne se produit que si vous avez à la fois des électrons en mouvement très rapide et un champ magnétique. C'est ce qu'on appelle le rayonnement synchrotron, et cela se produit lorsque vous obtenez un électron relativiste (ce qui signifie qu'il se déplace à une fraction significative de la vitesse de la lumière) pris dans une orbite de torsion autour d'une ligne de champ magnétique. L'électron se déplace en hélice autour de la ligne de champ magnétique et émet de la lumière que nous pouvons observer avec une large gamme de télescopes différents.

Cette image composite radio VLA montre la galaxie active 3C 348, également connue sous le nom d'Hercule A. Le VLA . Les données [+], qui enregistrent les fréquences de 4 à 9 GHz, ont été prises en 2010-2011. Crédit d'image : R. Perley et W. Cotton (NRAO/AUI/NSF)

C'est généralement ce rayonnement synchrotron que nous voyons dans les images de jets provenant d'un trou noir supermassif. Si vous regardez une image radio ou une image optique, ce que vous regardez, ce sont les sous-produits brillants d'électrons proches de la vitesse de la lumière se pliant sous l'influence d'un champ magnétique.


Gravité quantique – à nouveau !

Dans mes blogs précédents, j'ai brièvement décrit comment le cerveau humain perçoit et modélise l'espace (Oups encore une chose), comment Einstein et d'autres physiciens rejettent l'espace comme une illusion (Relativité et espace), comment la relativité traite le concept d'espace (Alors quoi EST l'espace ?), à quoi devrait ressembler une théorie de la gravité quantique (La gravité quantique Oh mon Dieu ! ), et en chemin pourquoi l'idée de l'infini n'est pas physiquement réelle (L'infini est-il réel ?) et pourquoi l'espace n'est pas rien ( Penser à rien). J'ai même discuté de l'importance de « penser visuellement » lorsqu'on essaie de modéliser l'univers, comme les « chaînes » et les « boucles » utilisées par les physiciens comme un analogue de l'espace (Penser visuellement)

Et pourtant, ces blogs n'épuisent pas le champ de l'idée d'espace elle-même ou des recherches en cours pour aller au fond de notre expérience de celui-ci.

Cet essai, basé sur une conférence que j'ai donnée à la Belmont Astronomical Society le 5 octobre 2017, tentera de couvrir certaines de ces autres idées et approches qui sont vaguement considérées comme faisant partie d'une future théorie de la gravité quantique.

Qu'est-ce que la gravité quantique ?

C'est l'idée de base que les deux grandes théories de la physique, la mécanique quantique et la relativité générale sont incompatibles l'une avec l'autre et ne traitent pas réellement des mêmes ingrédients au monde : l'espace (le temps) et la matière. La gravité quantique est une théorie hypothétique qui unifie ces deux grandes idées en un seul langage, révélant des réponses à certaines des questions les plus profondes que nous sachions poser sur le monde physique. C'est vraiment le Saint Graal de la physique.

Pourquoi avons-nous besoin de la gravité quantique ?

La mécanique quantique est une théorie qui décrit la matière et les champs intégrés dans un espace-temps préexistant qui n'a aucun effet physique sur ces champs autre que de fournir des coordonnées pour décrire où ils se trouvent dans le temps et l'espace. On dit que c'est une théorie dépendante de l'arrière-plan. La relativité générale n'est qu'une théorie de l'espace (temps) et ne décrit pas du tout l'essence de la matière. Il décrit comment la matière affecte la géométrie de l'espace-temps et comment l'espace-temps affecte le mouvement de la matière, mais le fait en termes purement «classiques». Plus important encore, la relativité générale dit qu'il n'y a pas du tout d'espace-temps préexistant. C'est ce qu'on appelle une théorie indépendante de l'arrière-plan. La gravité quantique est une théorie globale indépendante de l'arrière-plan qui explique la nature quantique de la matière ainsi que la nature quantique de l'espace-temps à des échelles où ces effets sont importants, appelée échelle de Planck où la plus petite unité d'espace est 10^-33 cm et le la plus petite unité de temps est 10^-43 secondes.

Nous avons besoin de la gravité quantique parce que les calculs en mécanique quantique sont en proie à des « infinis » qui surviennent parce que QM suppose que l'espace (le temps) est infiniment divisible en unités de longueur plus petites. Lorsque les processus physiques et les intensités de champ sont additionnés sur des longueurs de plus en plus petites pour construire une prédiction, les unités infiniment petites conduisent à des contributions infiniment grandes qui « explosent » les calculs à moins qu'une méthode mathématique appelée « renormalisation » ne soit utilisée. Mais le champ gravitationnel décrit par la relativité générale ne peut pas être renormalisé pour éliminer ses infinis. Ce n'est qu'en plaçant une limite inférieure « coupure » ​​à l'espace (le temps) comme le fait la gravité quantique que ce problème est éliminé et tous les calculs deviennent finis.

Nous avons besoin de la gravité quantique car les trous noirs ne possèdent pas d'entropie infinie. La surface d'un trou noir, appelée son horizon des événements, est liée à son entropie, qui est une mesure de la quantité d'informations contenues à l'intérieur de l'horizon. Un seul bit d'information est codé à l'horizon sous la forme d'une surface de 2 longueurs de Planck au carré. Selon le principe holographique, la surface d'un trou noir, sa surface 2-d, code toutes les informations trouvées dans le volume 3-d englobé, ce qui signifie que l'espace-temps intérieur d'un trou noir doit être quantifié et ne peut pas être quantifié. être divisible à l'infini sinon le principe holographique serait invalide et l'horizon du trou noir devrait coder une quantité infinie d'informations et avoir une entropie infinie.

Nous avons également besoin de la gravité quantique car on pense que toute théorie fondamentale de notre monde physique doit être indépendante du fond, comme le montre la relativité générale que l'espace-temps l'est. Cela signifie que la mécanique quantique est actuellement une théorie incomplète car elle nécessite toujours l'échafaudage d'un espace-temps préexistant et ne "crée" pas cet échafaudage de l'intérieur d'elle-même comme le fait la relativité générale.

Alors, quelle est la grande image?

Historiquement, Newton nous a donné l'espace et le temps comme des conditions préalables éternellement absolues et fixes à notre monde qui ont été définies une fois pour toutes avant même que nous commencions à décrire les forces et le mouvement. La deuxième grande école de pensée de l'époque a été développée par Gottfrid Leibnitz. Il a dit que le temps et l'espace n'ont pas de sens en eux-mêmes mais seulement en tant que propriétés définies par les relations entre les corps. La relativité d'Einstein et sa justification expérimentale ont prouvé que l'espace et le temps absolus de Newton sont complètement faux et les ont remplacés par le principe de relativité de Leibnitz. Einstein a même dit à de nombreuses reprises que l'espace est une construction imaginaire que nous tenons pour acquise d'une manière presque mythique. L'espace n'a pas d'existence indépendante en dehors de son émergence à partir des relations entre les corps physiques. Cette relation est si intime qu'en relativité générale, les corps matériels définissent la géométrie de l'espace-temps elle-même comme une solution dynamique à sa célèbre équation relativiste de la gravité.

Comment émerge l'expérience de l'espace ?

En relativité générale, la seule chose qui compte, ce sont les événements le long de la ligne du monde d'une particule, également appelée son histoire. Ces événements encodent les relations entre les corps et sont créés par les intersections d'autres lignes du monde à partir d'autres particules. Ce réseau de lignes du monde fondamentales contient toutes les informations dont vous avez besoin pour décrire la géométrie globale de ce réseau d'événements et de lignes du monde. C'est seulement la géométrie de ces lignes du monde qui compte pour les phénomènes physiques dans l'univers.

La tête filaire de cette illustration est un analogue de la mondanité qui se relie pour créer une géométrie. Le ‘void’ noir ne contient aucune information géométrique ou dimensionnelle et aucun de ses points n'interagit avec les lignes du monde qui composent le réseau. C'est pourquoi « l'espace » est un mythe et la seule chose qui détermine la structure de notre espace-temps en 4 dimensions est la mondanité.

La relativité générale décrit comment la géométrie de ces lignes du monde crée un espace-temps à 4 dimensions. Ces lignes d'univers représentent des particules de matière et la relativité générale décrit comment ces particules de matière créent la courbure dans les lignes d'univers parmi l'ensemble du système de particules, et créent ainsi l'espace et le temps. Les points mathématiques « vides » entre les lignes du monde n'ont aucune signification physique car ils ne sont connectés à aucun événement parmi les lignes du monde physiques, c'est pourquoi Einstein a dit que l'espace d'arrière-plan dans lequel les lignes du monde semblent être intégrées n'existe pas réellement ! Lorsque nous regardons dans « l'espace », nous regardons le long des lignes du monde des rayons lumineux. Nous ne regardons pas à travers un espace préexistant. Cela signifie que nous ne voyons pas des « choses dans l'espace », nous voyons des processus dans le temps tout au long de l'histoire d'une particule !

Deux théories majeures de la gravité quantique sont en cours d'élaboration aujourd'hui.

La théorie des cordes dit que les particules sont des boucles à 1 dimension de « quelque chose » qui sont définies dans un espace-temps à 10 dimensions dont 4 dimensions sont les Grands que nous voyons autour de nous. Les autres sont compactes et définissent par leurs symétries géométriques les propriétés des particules elles-mêmes. C'est une approche de la gravitation quantique qui pose plusieurs problèmes.

Cette figure est un rendu imaginatif d'une ‘string’.

Tout d'abord, il suppose que l'espace-temps existe déjà pour que les cordes se déplacent à l'intérieur. C'est une théorie dépendante de l'arrière-plan dans le même esprit que l'Espace et le Temps absolus de Newton. Deuxièmement, la théorie des cordes n'est qu'une théorie de la matière et de ses propriétés quantiques à l'échelle de Planck, mais en fait l'échelle d'une corde dépend d'un seul paramètre appelé la tension de la corde. Si la tension est faible, alors ces « boucles » de cordes sont des milliers de fois plus grandes que l'échelle de Planck, et il n'y a aucune contrainte sur la valeur réelle de la tension. C'est un paramètre réglable.

Cette figure est un rendu imaginatif d'une ‘loop’

Loop Quantum Gravity est purement une théorie de l'espace-temps et ne traite pas la question couverte par la mécanique quantique. C'est une théorie indépendante de l'arrière-plan qui est capable de calculer exactement les réponses à de nombreux problèmes de la théorie de la gravitation, contrairement à la théorie des cordes qui doit se faufiler sur les réponses en additionnant un nombre infini de possibilités alternatives. LQG arrive à la réponse '2.0' en une seule étape comme réponse exacte alors que par exemple la théorie des cordes doit additionner la séquence 1+1/2+1/4+1/8+1/16 +…. Pour arriver à 2.000.

LQG travaille avec des ingrédients d'espace-temps élémentaires appelés nœuds et arêtes pour créer des réseaux de spin et de la mousse de spin. Comme une ligne de champ magnétique qui transporte un flux magnétique, ces bords agissent comme des lignes de champ vers l'espace et portent des zones quantifiées 1 longueur de Planck au carré. En additionnant le nombre de nœuds dans une région de réseau de spin, chaque nœud porte une unité quantique de volume d'espace. Ces nœuds sont liés les uns aux autres dans un réseau de lignes sécantes appelé réseau de spin, qui pour les très grands réseaux commence à ressembler à un instantané de l'espace vu à un instant spécifique. Le changement d'un réseau en un autre s'appelle une mousse de spin et c'est l'antécédent de l'espace-temps 4-d. Il n'y a pas de signification physique pour les nœuds et les bords eux-mêmes, tout comme il n'y a pas de signification physique pour les boucles 1-d que de constituer des chaînes dans la théorie des cordes. . Ce sont de pures constructions mathématiques.

Jusqu'à présent, la meilleure idée est que LQG constitue le fondement de la théorie des cordes. La théorie des cordes examine l'espace-temps et la matière bien au-dessus de l'échelle de Planck, et c'est là que les propriétés des particules de matière font leur apparition. LQG crée l'arrière-plan de l'espace-temps dans lequel les chaînes se déplacent. Cependant, il y a un problème majeur. LQG prédit que la constante cosmologique doit être négative et petite, ce qui est observé astronomiquement, tandis que la théorie des cordes dit que la constante cosmologique est grande et positive. De plus, bien que LQG puisse reconstruire le grand espace-temps 4D dans lequel nous vivons, il ne semble pas avoir de place pour les 6 dimensions supplémentaires requises par la théorie des cordes pour créer les propriétés des particules que nous observons. Une possibilité est que ces dimensions supplémentaires ne ressemblent pas du tout à l'espace, mais simplement des outils de « comptabilité » que les physiciens doivent utiliser et qui seront éventuellement remplacés à l'avenir par une théorie des cordes entièrement en 4D.

Une autre approche encore à ses balbutiements est la théorie des ensembles causals. Comme LQG, c'est une théorie de l'espace-temps indépendante de l'arrière-plan. Cela commence par un ensemble de points reliés entre eux par un seul principe directeur, à savoir que les paires de points sont ordonnées par cause à effet. Cela définit comment ces points sont ordonnés dans le temps, mais c'est le seul principe d'organisation des points dans l'ensemble. Ce que les chercheurs ont découvert, c'est que de tels ensembles créent à partir d'eux-mêmes les concepts physiques de distance et de temps et conduisent à des espaces-temps relativistes. Les ensembles causals et les nœuds des réseaux de spins LQG peuvent être liés les uns aux autres.

Une autre découverte passionnante qui concerne la façon dont les éléments de l'espace-temps quantique créent l'espace-temps implique le principe holographique lié à l'intrication quantique.

Le principe holographique stipule que toutes les informations et relations trouvées dans un volume en 3D sont « encodées » sur un écran de surface en 2D qui entoure ce volume. Cela signifie que les relations entre les éléments de surface se reflètent dans le comportement de la physique intérieure. Récemment, il a été découvert que si vous utilisez l'intrication quantique pour connecter deux points à la surface, les points correspondants à l'intérieur deviennent liés ensemble en tant qu'unité physique. Si vous désactivez l'enchevêtrement sur la surface, les points intérieurs ne sont plus connectés et l'espace intérieur se dissout en points non liés. La quantité d'intrication peut être directement liée à la proximité physique des points, et c'est ainsi qu'une géométrie unifiée pour l'espace-temps à l'intérieur du « volume » 3D peut résulter de points non connectés reliés entre eux par l'intrication quantique.

Lecture supplémentaire :

Intrication quantique et espace-temps quantique [Mark Raamsdonk]

Causal Sets : L'univers auto-organisé [Scientific American]


Trou noir

Une fois que la matière (ou l'antimatière) a disparu dans un trou noir, seules trois de ses propriétés d'origine peuvent être déterminées : la masse totale, la charge électrique nette et le moment angulaire total. Parce que tous les trous noirs doivent avoir une masse, il existe quatre types possibles de trous noirs : un Trou noir de Schwarzschild (1916) n'a pas de charge et pas de moment cinétique a Trou noir de Reissner–Nordstrom (1918) a une charge mais pas de moment cinétique a Kerr trou noir (1963) a un moment cinétique mais pas de charge a Trou noir de Kerr-Newman (1965) a une charge et un moment cinétique. (Les dates entre parenthèses indiquent quand le ou les mathématiciens nommés ont résolu les équations de la relativité générale pour ces cas particuliers.) En astrophysique, la simple solution de Schwarzschild est souvent utilisée, mais les vrais trous noirs sont presque certainement en rotation et ont très peu de charge électrique, afin que la solution Kerr soit la plus applicable.

Les candidats les plus prometteurs pour les trous noirs sont des étoiles massives qui explosent en supernovae, laissant un noyau de plus de 3 masses solaires. Ce noyau doit subir un effondrement gravitationnel complet car il est au-dessus de la limite stable pour les naines blanches et les étoiles à neutrons. Une fois formé, un trou noir ne peut être détecté que par sa gravité. Trouver des trous noirs à seulement quelques kilomètres de diamètre (la taille de l'horizon des événements pour un trou noir à une seule étoile) est extrêmement difficile, mais les chances sont augmentées si le trou noir est membre d'un système binaire proche. Si les composants d'un système binaire sont suffisamment proches, un transfert de masse peut se produire entre l'étoile primaire et son compagnon plus compact (voir surfaces équipotentielles). La matière ne tombera pas directement sur le compagnon, cependant, car il a trop de moment angulaire au lieu de cela, il forme un disque en rotation rapide &# x2013 un disque d'accrétion – autour de l'objet compact. Si ce dernier est un trou noir, une énergie considérable peut être produite, principalement aux longueurs d'onde des rayons X, car la matière dans le disque d'accrétion perd son moment angulaire et se transforme en spirale. Lorsque la matière en accrétion est incapable de se refroidir efficacement, la majeure partie de l'énergie générée dans le le disque en raison de la viscosité n'est pas rayonné, mais stocké dans le gaz sous forme d'énergie interne et envoyé vers l'intérieur dans un flux d'accrétion dominé par l'advection sur l'objet central.

Les candidats aux trous noirs dans un système binaire se répartissent en deux classes, les binaires de trous noirs massifs et de faible masse, en fonction de la masse de l'étoile compagne. Le premier candidat trou noir massif à être identifié était le binaire à rayons X Cygnus X-1, comprenant une supergéante B0 de 20 masses solaires accompagnée d'un compagnon invisible avec une masse environ 10 fois celle du Soleil. Cet objet massif non lumineux est probablement un trou noir émettant des rayons X depuis son disque d'accrétion. Un autre candidat prometteur pour les trous noirs massifs est le LMC X-3 binaire à rayons X dans le Grand Nuage de Magellan. Alors que la masse probable des objets compacts dans ce système est de l'ordre de 10 masses solaires, les limites inférieures rigoureuses sont aussi basses que 3 masses solaires (peut-être même inférieures), marginalement cohérentes avec la masse maximale théoriquement prédite d'une étoile à neutrons. Des preuves encore meilleures d'un trou noir de masse stellaire proviennent de certains des candidats trous noirs de faible masse, en particulier A0620-00 dans Monoceros et V404 Cygni. Les limites rigoureuses des masses des objets compacts dans A0620-00 et V404 Cygni sont respectivement de 3 et 6 masses solaires. Voir aussi les transitoires gamma.

Trous noirs supermassifs de 10 6 à 10 9 masses solaires se situent probablement au centre de certaines galaxies et donnent lieu au phénomène des quasars et aux phénomènes d'autres galaxies actives. Si un énorme trou noir est capable de se former et de capturer suffisamment de gaz et/ou d'étoiles de son environnement, l'énergie de la masse au repos de la matière entrante peut être convertie en rayonnement ou en particules énergétiques. Il existe maintenant des preuves d'observation pour étayer cette hypothèse. le mouvement dynamique des étoiles et du gaz ionisé dans les noyaux des galaxies voisines montre qu'elles répondent à un fort champ gravitationnel, supérieur à celui attendu du nombre d'étoiles représentant la lumière au centre de la galaxie. On pense que ces mouvements sont dus à la présence du trou noir supermassif (voir la galaxie Seyfert Virgo A). Une autre preuve solide de la présence de trous noirs supermassifs est trouvée à partir d'observations récentes d'une raie de fluorescence du fer extrêmement large dans les rayons X de plusieurs galaxies de Seyfert cette raie a une forme très particulière, révélant son origine dans un disque d'accrétion très proche du trou noir central.

À l'autre extrême de la masse se trouvent les plus spéculatifs mini trous noirs, pesant seulement 10 11 kg et avec des rayons de 10 � mètres. Ceux-ci pourraient s'être formés dans les conditions très turbulentes existant après le Big Bang. Ils créent des champs gravitationnels localisés si intenses que leur rayonnement de Hawking les fait exploser au cours de la durée de vie de l'Univers.


Trous noirs de masse stellaire

Ce sont les plus petits types de trous noirs connus actuellement et la plupart se forment à partir de ce qu'on appelle une supernova, ou la mort violente et explosive d'une étoile. Actuellement, on pense que deux types de supernova résultent d'un trou noir.

Une supernova de type II se produit avec ce que l'on appelle une étoile massive, dont la masse dépasse 8 masses solaires et ne dépasse pas 50 masses solaires (une masse solaire étant la masse du soleil). Dans le scénario de type II, cette étoile massive a fusionné tellement de son combustible (initialement de l'hydrogène mais progressant lentement à travers les éléments plus lourds) par fusion nucléaire qu'elle a un noyau de fer, qui ne peut pas subir de fusion. En raison de ce manque de fusion, la pression de dégénérescence (une force ascendante qui résulte du mouvement des électrons pendant la fusion) diminue. Normalement, la pression de dégénérescence et la force de gravité s'équilibrent, permettant à une étoile d'exister. La gravité rentre tandis que la pression pousse vers l'extérieur. Une fois qu'un noyau de fer atteint ce que nous appelons la limite de Chandrasekhar (environ 1,44 masse solaire), il n'a plus une pression de dégénérescence suffisante pour contrer la gravité et commence à se condenser. Le noyau de fer ne peut pas être fondu et il est compacté jusqu'à ce qu'il souffle. Cette explosion détruit l'étoile et dans son sillage sera une étoile à neutrons si entre 8-25 masses solaires et un trou noir si supérieur à 25 (Seeds 200, 217).

Une supernova de type Ib est essentiellement la même que la supernova de type II, mais avec quelques différences subtiles. Dans ce cas, l'étoile massive a une étoile compagne qui se détache de la couche externe d'hydrogène. The massive star will still go supernova because of a loss of degeneracy pressure from the iron core and create a black hole given that it has 25 or more solar masses (217).

A key structure of all black holes is the Schwarzschild radius, or the closest you can get to a black hole before you reach a point of no return and are sucked into it. Nothing, not even light, can escape from its grasp. So how can we know of stellar-mass black holes if they emit no light for us to see? Turns out, the best way to find one is to look for x-ray emissions coming from a binary system, or a pair of objects orbiting a common center of gravity. Usually this involves a companion star whose outer layer gets sucked into the black hole and forms an accretion disk that spins around the black hole. As it falls closer and closer to the Schwarzschild radius, the material gets spun to such energetic levels that it emits x-rays. If such emissions are found in a binary system, then the companion object to the star is most likely a black hole.

These systems are known as ultra luminous X-ray sources, or ULXs. Most theories say that when the companion object is a black hole it should be young but recent work by the Chandra Space Telescope shows that some may be very old. When looking at a ULX in galaxy M83 it noticed that the source preceding the flare was red, indicating an older star. Since most models show that the star and black hole form together then the black hole must be old too, for most red stars are older than blue stars (NASA).

To find the mass of all black holes, we look at how long it and its companion object take to complete a full orbit. Using what we know of the mass of the companion object based off its luminosity and composition, Kepler’s Third Law (period of one orbit squared equals the average distance from the orbiting point cubed), and equating the force of gravity to the force of circular motion, we can find the mass of the black hole.

Recently, a black hole birth was seen. The Swift Observatory witnessed a gamma ray burst (GRB), a high energy event associated with a supernova. The GRB took place 3 billion light years away and lasted for about 50 milliseconds. Since most GRB last about 10 seconds, scientists suspect this one was the result of a collision between neutron stars. Regardless of the source of the GRB, the result is a black hole (Stone 14).

Though we cannot confirm this yet, it is possible that no black hole is ever fully developed. Because of the high gravity associated with black holes, time slows down as a consequence of relativity. Therefore, time at the center of the singularity may stop, therefore preventing a black hole from fully forming (Berman 30).


What is a mini black hole?

Are these dense objects scattered throughout the universe?

Black holes with masses less than their heavyweight relatives – the standard and supermassive black holes – and weighing in at less than three solar masses are dubbed mini black holes, formed in the pressure of interstellar clouds. Because they are so small, they also have a little bit of difficulty when it comes to forming on their own. Low mass also means low gravity and this directly implies that these pint-sized objects cannot completely collapse in on themselves. In comparison, black holes of more than three times the Sun’s mass are made when a star reaches the end of its life and gets crushed under its own gravity. Other black holes of greater masses are hypothesised to have formed through the merging of smaller black holes.

In order to make a mini black hole there needs to be an enormous outside pressure to offer some assistance. The theory goes that during the dense turbulent past from which today’s universe emerged the enormous crushing pressures created many mini black holes. Unusually they are likely to have been incredibly heavy but quite tiny – possibly as small as a proton (the positive subatomic particle that can be found in atoms). According to quantum mechanics, it is thought that they spontaneously throw out energy before evaporating in a final violent explosion after billions of years in existence. They also may not be as black as heavier black holes.

We’ve yet to find some actual observational evidence that they exist but as it stands, there could be mini-black holes scattered throughout the Universe and close to our Solar System!

Tenez-vous au courant desdernier nouvelles dans Tout sur l'espace -disponible chaque mois pour seulement 4,99 £. Sinon, vous pouvez vous abonnerici pour une fraction du prix !


Mini disk of a blackhole meaning - Astronomy

How long would it take a primordial black hole to eat the earth if one fell to the center of it? Would it just sit there forever eating an atom at a time? (assuming event horizon the size of an atomic nucleus with 1,000,000,000 tonnes mass.)

A billion tons may seem like a lot, but it's actually miniscule compared to the mass of the Earth, which weighs about 6x10 21 tons! A black hole that weighs a billion tons would have an event horizon that's only about 10 -15 meters. So it would be so small that it would really only eat particles that happened to run into it, which wouldn't happen very often. If you were to plant it in the center of the Earth, it would just sit there forever, never consuming enough matter for anyone to notice.

If instead of setting it in the Earth's core, you were to drop it from the surface of the Earth, it would sink down through the middle, pop out the other side, and slide back and forth through the Earth for all eternity. If you assume that the black hole would only consume atoms that it happens to run into, then I calculate that it would take about 10 28 years for it to consume the entire Earth, far longer than the age of the Universe. This assumes that the black hole wouldn't lose any mass due to Hawking radiation. If you factor that in, it would probably *never* consume the whole Earth.

Cette page a été mise à jour le 27 juin 2015.

A propos de l'auteur

Christopher Springob

Chris studies the large scale structure of the universe using the peculiar velocities of galaxies. He got his PhD from Cornell in 2005, and is now a Research Assistant Professor at the University of Western Australia.


A Distant Black Hole Brightens Every 9 Hours, and No One Knows Why

A black hole at the center of a distant galaxy is behaving like no other black hole astronomers have ever seen.

Every 9 hours, the black hole at the center of galaxy GSN 069, about 250 million light years away, sends a bright stream of X-rays toward Earth. It's an active black hole, so it's always gobbling up matter in the process, that matter heats up and emits some light as it falls toward the event horizon around the singularity, the point beyond which no light or matter can escape. But in 2018, researchers who were using the European Space Agency's (ESA) XMM-Newton telescope realized that, at every peak of that 9-hour cycle, the GSN 069 black hole would get about 100 times brighter on the X-ray spectrum.

"It was completely unexpected," Giovanni Miniutti, an astronomer at Spain's Center of Astrobiology and lead author of a new paper on the black hole, said in a statement from ESA. "Giant black holes regularly flicker like a candle, but the rapid, repeating changes seen in GSN 069 from December onwards are something completely new."

The researchers didn't offer a definitive explanation for the phenomenon. But it's clear, they wrote, that there's some sort of gap or instability in the accretion disk, the ring of infalling material surrounding the black hole. Maybe something about the disk itself causes the matter to fall into the black hole in a regular pattern, or maybe something in its vicinity (perhaps another black hole) is disrupting the disk in a cyclic way, they suggested.

Although astronomers have never seen a pattern like this around another black hole, Miniutti and his team suggested that certain strange phenomena detected elsewhere in space might be related to this sort of pattern. In the past, astronomers have noticed black holes getting suddenly brighter for reasons they couldn't explain. It's possible, they suggested, that those brightenings were parts of similar patterns. The GSN 069 black hole is not as large as many of the black holes that form the core of a galaxy, the researchers noted. And the 9-hour period is likely in some respect tied to the rate at which the black hole spins. Larger black holes would take much more time to complete a full rotation, so if they were displaying a similar pattern, it might play out over weeks or months. And X-ray observatories rarely monitor a single black hole for that long.

The researchers aren't sure what physical phenomenon creates the regular flaring. But one possibility is the formation of a cloud of electrons very close to the black hole &mdash a phenomenon astronomers already suspected might exist because of irregularities in the X-ray emissions of some other black holes.