Les trous noirs sont les géants de l’univers, et même la lumière ne peut pas échapper à leurs griffes.
Il n’est donc pas étonnant que la science-fiction ait toujours été fascinée par la question : que se passerait-il si vous en traversiez une ?
Aujourd’hui, un supercalculateur de la NASA a tenté de répondre à cette question en créant une simulation à couper le souffle.
“La simulation de ces processus difficiles à imaginer m’aide à relier les mathématiques de la relativité aux conséquences réelles dans l’univers réel”, a déclaré Jeremy Schnittman, astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA qui a créé la visualisation immersive, dans un communiqué.
“J’ai donc simulé deux scénarios différents, l’un dans lequel une caméra – un remplaçant pour un astronaute audacieux – rate de peu l’horizon des événements et recule, et l’autre dans lequel elle franchit la frontière, scellant son destin.”
Pour ceux qui n’ont pas regardé le film d’horreur de science-fiction du même nom de Sam Neil de 1997, « l’horizon des événements » fait référence à la surface du trou noir et est le point auquel rien ne peut s’échapper.
Et comme la lumière est le principal outil que nous utilisons pour étudier l’univers, si nous ne pouvons voir aucune lumière provenant de l’intérieur d’un trou noir, nous ne pouvons tout simplement pas savoir ce qu’il y a là.
Il s’agit de la première photo jamais prise d’un trou noir, montrant la lumière se courbant en un anneau autour du trou noir. (Collaboration avec le télescope Event Horizon)
La seule chose que nous savons, grâce à la façon dont la lumière et la matière se déplacent à travers les trous noirs, c’est que l’environnement gravitationnel autour de l’horizon des événements est extraordinaire.
Dans certains cas, tout ce qui s’approche trop de cette limite est pulvérisé en atomes par l’extrémité des forces impliquées, comme Alerte scientifique Remarques.
Le moment précis où cela se produit dépend du type de trou noir : les trous noirs de masse stellaire, répartis dans toute notre galaxie, ont une masse de trois à des dizaines de fois celle du Soleil, tandis que les monstres supermassifs – qui se cachent au centre de la plupart des grandes galaxies, y compris la nôtre, pèsent entre 100 000 et des milliards de masses solaires.
En tout cas, comme le dit Schnittman : « Si vous avez le choix, vous voulez tomber dans un trou noir supermassif.
“Les trous noirs de masse stellaire, qui contiennent jusqu’à environ 30 masses solaires, possèdent des horizons d’événements beaucoup plus petits et des forces de marée plus fortes, qui peuvent déchirer les objets qui s’approchent avant qu’ils n’atteignent l’horizon.”
Cela se produit parce que l’attraction gravitationnelle exercée sur l’extrémité d’un objet la plus proche du trou noir est beaucoup plus forte que celle exercée sur l’autre extrémité.
Tous les objets qui commencent à tomber s’étirent comme des nouilles, un processus que les astrophysiciens appellent spaghettification, comme le note la NASA.
Pour créer ses visualisations, Schnittman s’est associé à son collègue scientifique de Goddard, Brian Powell, et a utilisé le supercalculateur Discover du Center for Climate Simulation de la NASA.
Le projet a généré environ 10 téraoctets de données – l’équivalent d’environ la moitié de tout le contenu textuel de la Bibliothèque du Congrès américain – et a duré environ cinq jours d’exécution sur seulement 0,3 % des 129 000 processeurs de Discover. Le même exploit prendrait plus de 10 ans sur un ordinateur portable classique.
Vidéo 360 : une simulation de la NASA plonge dans un trou noirYoutube
La destination simulée est un trou noir supermassif ayant 4,3 millions de fois la masse de notre soleil, équivalent au monstre situé au centre de notre galaxie, la Voie Lactée.
Son horizon d’événements s’étend sur environ 16 millions de miles (25 millions de kilomètres), soit 17 % de la distance entre la Terre et le soleil.
Il est entouré d’un nuage plat et tourbillonnant de gaz chaud et incandescent appelé disque d’accrétion, qui sert de référence visuelle pendant l’automne.
La simulation montre également des structures lumineuses appelées anneaux de photons, qui se forment plus près du trou noir à partir de la lumière qui a tourné autour de lui une ou plusieurs fois, ainsi qu’un fond de ciel étoilé vu de la Terre.
À mesure que la caméra s’approche du trou noir, atteignant des vitesses se rapprochant de plus en plus de celle de la lumière elle-même, la lueur du disque d’accrétion et des étoiles en arrière-plan s’amplifie, un peu comme la façon dont le son d’une voiture de course venant en sens inverse augmente en hauteur.
Leur lumière apparaît plus brillante et plus blanche lorsque l’on regarde dans le sens du déplacement.
La visualisation commence avec la caméra située à près de 400 millions de miles (640 millions de kilomètres), le trou noir remplissant rapidement la vue.
Cependant, en cours de route, le disque du trou noir, les anneaux de photons et le ciel nocturne se déforment de plus en plus, formant finalement de multiples images à mesure que leur lumière traverse un espace-temps de plus en plus déformé.
En temps réel, la caméra met environ trois heures pour atteindre l’horizon des événements, exécutant près de deux orbites complètes de 30 minutes en cours de route.
Mais pour quiconque l’observait de loin, il n’y parviendrait jamais.
À mesure que l’espace-temps se déforme de plus en plus à l’approche de l’horizon, l’image de la caméra ralentirait puis semblerait se figer juste avant. C’est pourquoi les astronomes appelaient à l’origine les trous noirs des « étoiles gelées ».
À l’horizon des événements, même l’espace-temps lui-même s’écoule vers l’intérieur à la vitesse de la lumière – la limite de vitesse cosmique.
Une fois à l’intérieur, la caméra et l’espace-temps dans lequel elle se déplace se précipitent vers le centre du trou noir – un point unidimensionnel appelé singularité, où les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de s’appliquer.
“Une fois que la caméra traverse l’horizon, sa destruction par spaghettification ne prend que 12,8 secondes”, a déclaré Schnittman.
De là, il ne reste que 79 500 milles (128 000 kilomètres) jusqu’à la singularité. Cette dernière étape du voyage se termine en un clin d’œil.
Dans le scénario alternatif, la caméra orbite près de l’horizon des événements, mais elle ne le traverse jamais et ne s’échappe pas vers la sécurité.
Si un astronaute pilotait un vaisseau spatial lors de ce voyage aller-retour de six heures pendant que ses collègues du vaisseau mère restaient loin du trou noir, ils reviendraient 36 minutes plus jeunes que ses collègues.
En effet, le temps s’écoule plus lentement à proximité d’une forte source gravitationnelle et lorsqu’on se déplace à proximité de la vitesse de la lumière.
Et pourtant, “cette situation peut être encore plus extrême”, a admis Schnittman.
“Si le trou noir tournait rapidement, comme celui montré dans le film ‘Interstellar’ de 2014, il reviendrait plusieurs années plus jeune que ses camarades.”
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