Dose de STEM : Un guide non terrifiant pour passer des vacances près d'un trou noir

Si vous en aviez la possibilité, aimeriez-vous partir en vacances dans un trou noir ? Est-ce même possible ? Les trous noirs sont l'un des objets célestes les plus violents de l'univers. Vous avez certainement entendu dire que si vous vous approchez trop près d'un trou noir, vous serez étiré et déformé jusqu'à ce que vous vous déchiriez, et vous serez dévoré par lui ; votre énergie sera à jamais piégée dans un trou noir. Alors pourquoi devrions-nous passer des vacances à proximité d'un objet aussi dangereux ? Plongeons dans le vif du sujet pour mieux comprendre les trous noirs.

PARTIE 1 : VACANCES À PROXIMITÉ D'UN TROU NOIR

QUEL TYPE DE TROU NOIR PEUT-ON VISITER ? QUELS SONT LES SITES D'ATTRACTION ? OÙ PUIS-JE SÉJOURNER ?

LA RÉPONSE : Vous pouvez visiter des trous noirs supermassifs en rotation (vous avez bien lu).

Brève explication :

La raison pour laquelle vous devriez visiter un trou noir en rotation est qu'il est possible d'échapper de justesse à l'horizon des événements (si, bien sûr, vous venez du futur ou appartenez à une civilisation avancée). Pourquoi un grand trou noir effrayant ? Un trou noir plus petit est plus dangereux car il provoque plus d'effets de marée, ce qui entraîne une spaghettification avant que vous n'atteigniez l'horizon des événements. Le trou noir est le lieu d'attraction (jeu de mots), mais il faut le regarder à une distance sûre, qui peut être supérieure à 1AU (96 millions de miles). Attention au disque de radiation !

Longue explication :

Lorsqu'une étoile massive approche de sa fin, elle s'effondre sous l'effet de sa propre gravité pour former un minuscule trou noir. Mais finalement, ce trou noir grossit en raison de sa faim insatiable. Cette étoile, qui finit par devenir un trou noir, tourne et, selon la loi de Newton, un objet qui tourne ne s'arrête que si quelque chose l'arrête. L'étoile possède un moment angulaire et, pour conserver ce moment angulaire, au fur et à mesure qu'elle rétrécit, le moment angulaire la fait tourner de plus en plus vite jusqu'à ce qu'elle s'effondre pour former un trou noir. Le trou noir continue à tourner à cette vitesse.

Chaque trou noir possède un horizon des événements, le point au-delà duquel rien ne peut s'échapper, et une singularité, où se concentre toute la masse qui a été aspirée. Pour être précis, une singularité est un point de l'espace sans surface. Dans un trou noir en rotation, on appelle cela une ringularité, avec une épaisseur nulle, sans surface, et une vitesse de rotation très rapide ! (Vous vous souvenez de la conservation du moment angulaire ?) Lorsqu'un trou noir tourne à une telle vitesse, il entraîne l'espace avec lui ; il déforme l'espace et le temps. En conséquence, une région de l'espace-temps appelée ergosphère se développe autour du trou noir.

Une ergosphère est un endroit fou ! Puisque le trou noir transfère son énergie cinétique à tout ce qui se trouve dans l'ergosphère, vous serez continuellement en spirale jusqu'à ce que vous entriez dans l'horizon des événements. Ensuite, eh bien, vous êtes de la viande morte ; pour être plus précis, vous subissez une spaghettification ; vous êtes étiré verticalement et comprimé horizontalement jusqu'à ce que vous vous brisiez et soyez perdu à jamais. Pour rester immobile dans une ergosphère, vous devez voyager plus vite que la vitesse de la lumière. C'est impossible ! Mais il y a une astuce : nous pouvons utiliser l'énergie de l'ergosphère, et elle est abondante !

Nous pouvons utiliser le processus de Penrose, du nom de Sir Roger Penrose. Il a réalisé que le transfert d'énergie peut se produire dans l'ergosphère elle-même et a conçu ce concept en 1969. Imaginez que vous êtes coincé dans un tourbillon. Si vous voulez atteindre une vitesse élevée pour en sortir, vous nagez dans la direction du tourbillon. De la même manière, dans l'ergosphère d'un trou noir, vous pourriez vouloir faire cela mais aussi laisser quelque chose derrière vous.

Si nous lançons une fusée dans l'ergosphère, elle peut être divisée en 2 parties : une partie tomberait dans le trou noir, et l'autre serait éjectée à une vitesse immense ! Cela vous semble-t-il familier ? Vous avez peut-être vu le film Interstellar qui illustre le même concept. Cependant, si vous êtes un être humain normal, c'est plus facile à dire qu'à faire.

UN DE MES AMIS EST TOMBÉ DANS UN TROU NOIR - QUE DOIS-JE FAIRE ?

LA RÉPONSE : Nous ne le savons pas encore, mais il est fort probable que vous ne puissiez rien y faire.

Brève explication :

Le rayonnement de Hawking peut venir à leur secours, du moins en théorie. Cependant, il y a de fortes chances pour que votre ami ne revienne pas.

Longue explication :

Le professeur Stephen Hawking, en 1974, avait découvert en théorie que les trous noirs émettent un rayonnement du corps noir* en raison des effets quantiques bizarres à proximité d'un trou noir. Ce rayonnement est créé par la conversion des fluctuations quantiques d'énergie en paires de particules-antiparticules près de l'horizon des événements. L'une tombe dans le trou noir et l'autre s'échappe avant de s'annihiler. La particule qui s'échappe a une énergie positive, tandis que la particule qui tombe dans le trou noir a une énergie négative par rapport à l'univers extérieur. Par conséquent, le trou noir perd de l'énergie et donc de la masse. Au fur et à mesure que le trou noir émet de l'énergie, il devient de plus en plus petit (il est recommandé de voyager aussi loin que possible car il devient de plus en plus petit), et finalement, il disparaît.

Cependant, il a été découvert plus tard que le rayonnement de Hawking, par essence, ne transporte aucune information, ce qui contredit la mécanique quantique. Les calculs du professeur Hawking ont montré que l'information quantique est détruite. Si vous êtes déterminé à ramener votre ami en trouvant un meilleur moyen et en prouvant que Hawking et les autres physiciens ont tort, vous pouvez utiliser ce site Web comme point de départ.

QUELS SONT LES SIGNES AVANT-COUREURS INDIQUANT QUE JE SUIS TROP PRÈS D'UN TROU NOIR ?

LA RÉPONSE : Le rayonnement, la dilatation du temps et la spaghettification.

Explication :

Dans le disque d'accrétion (un disque de débris situé à l'extérieur de l'horizon des événements), la gravité comprime les débris, ce qui augmente leur température. Cela lui fait produire des tonnes de radiations mortelles. Plus vous vous rapprochez d'un trou noir, plus le temps passe lentement pour vous par rapport au reste de l'univers. Imaginez que vous êtes à bord d'un vaisseau spatial et que vous contournez un trou noir, disons, à la vitesse de la lumière (il s'agit d'une situation hypothétique ; il est impossible de voyager à la vitesse de la lumière). Le temps s'écoulait lentement pour vous. Cependant, l'horloge sur Terre tourne beaucoup plus vite. En fait, de nombreuses années se seraient écoulées sur Terre ! Vous auriez quelques années de plus, mais les habitants de la Terre seraient beaucoup plus âgés que vous. Ce phénomène s'appelle la dilatation du temps. La spaghettification ne nécessite aucune explication supplémentaire.

PARTIE 2 : LES CIVILISATIONS DES TROUS NOIRS (BIENTÔT DISPONIBLE !)

Que sont les civilisations des trous noirs ? Est-il possible pour les humains d'habiter un endroit proche d'un trou noir ? (Veuillez noter que par proche, nous entendons la distance la plus courte et la plus sûre). Restez à l'écoute pour notre prochain article sur les civilisations des trous noirs !

Connaissez-vous des faits intéressants sur les trous noirs ? Connaissez-vous d'autres moyens d'exploiter l'énergie d'un trou noir ? Commentez ci-dessous !

Sources:

1. Échapper à un trou noir (Scientific American): https://www.scientificamerican.com/article/escape-from-a-black-hole/

2. Hawking radiation (ThoughtCo): https://www.thoughtco.com/what-is-hawking-radiation-2698856

3. Kurzgesagt video: https://www.youtube.com/watch?v=ulCdoCfw-bY

Translated to French by Samantha Donato