Il n'y a rien dans l'Univers plus impressionnant ou mystérieux qu'un trou noir. Tous leurs secrets se cachent derrière le voile de l'horizon des événements.
À quoi ressemblent-ils? Nous ne savons pas. Ils absorbent tout le rayonnement qu'ils émettent. À quel point sont-ils gros? Ont-ils une taille ou pourraient-ils être infiniment denses? Nous ne savons tout simplement pas. Mais il y a quelques choses que nous pouvons savoir. Comme leur taille et leur vitesse de rotation.
Attends quoi? Filage?
Considérez l'étoile massive qui est venue avant le trou noir. Il a été formé à partir d'une nébuleuse solaire, gagnant sa rotation en faisant la moyenne de l'élan de toutes les particules individuelles dans le nuage. À mesure que la gravité mutuelle rapprochait l'étoile, grâce à la conservation du moment angulaire, elle tournait plus rapidement. Quand une étoile devient un trou noir, elle a toujours toute cette masse, mais maintenant compressée dans un espace infiniment plus petit. Et pour conserver cet élan angulaire, la vitesse de rotation du trou noir s'accélère… beaucoup. L'historique complet de tout ce que le trou noir a jamais consommé, en moyenne jusqu'à un seul nombre: la vitesse de rotation.
Si le trou noir pouvait se réduire à une taille infiniment petite, vous penseriez que la vitesse de rotation pourrait également augmenter à l'infini. Mais les trous noirs ont une limite de vitesse.
«Il y a une limite de vitesse à la rotation d'un trou noir. Il est en quelque sorte réglé par la vitesse à laquelle un trou noir tourne, plus l'horizon des événements est petit. "
C’est le Dr Mark Morris, professeur d’astronomie à l’UCLA. Il a consacré une grande partie de son temps à la recherche sur les mystères des trous noirs.
«Il y a cette région, appelée l'ergosphère entre l'horizon des événements et une autre frontière, à l'extérieur. L'ergosphère est une région très intéressante en dehors de l'horizon des événements dans laquelle une variété d'effets intéressants peuvent se produire. »
Imaginez l'horizon des événements d'un trou noir comme une sphère dans l'espace, puis entourant ce trou noir se trouve l'ergosphère. Plus le trou noir tourne rapidement, plus cette ergosphère s'aplatit.
«La limite de vitesse est fixée par l'horizon des événements, finalement, à un spin suffisamment élevé, atteint la singularité. Vous ne pouvez pas avoir ce qu'on appelle une singularité nue. Vous ne pouvez pas avoir une singularité exposée au reste de l'Univers. Cela signifierait que la singularité elle-même pourrait émettre de l'énergie ou de la lumière et que quelqu'un à l'extérieur pourrait réellement la voir. Et cela ne peut pas arriver. C’est la limitation physique de la vitesse à laquelle il peut tourner. Les physiciens utilisent des unités pour la quantité de mouvement angulaire exprimées en termes de masse, ce qui est curieux, et la limite de vitesse peut être décrite comme la quantité de mouvement angulaire égale la masse du trou noir, ce qui définit la limite de vitesse. »
Imagine seulement. Le trou noir tourne au point qu'il est sur le point de se révéler. Mais c’est impossible. Les lois de la physique ne la laisseront pas tourner plus vite. Et voici la partie étonnante. Les astronomes ont effectivement détecté des trous noirs supermassifs tournant aux limites prédites par ces théories.
Un trou noir, au cœur de la galaxie NGC 1365, tourne à 84% de la vitesse de la lumière. Il a atteint la limite de vitesse cosmique et ne peut pas tourner plus vite sans révéler sa singularité.
L'Univers est un endroit fou.
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