De nouvelles simulations de la NASA nous emmènent au-delà de l’horizon des événements d’un trou noir

De nouvelles simulations de la NASA nous emmènent au-delà de l’horizon des événements d’un trou noir
De nouvelles simulations de la NASA nous emmènent au-delà de l’horizon des événements d’un trou noir

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La NASA dévoile de nouvelles vidéos immersives simulant ce qui pourrait se passer en s’approchant (a) ou en plongeant (dans) un trou noir supermassif, au-delà de l’horizon des événements. Réalisées à l’aide du supercalculateur Discover du Center for Climate Simulation, les simulations montrent un aperçu inédit des effets étranges de la relativité générale, avec des formats à 360 degrés offrant une grande immersion.

Des vidéos de la NASA montrent des simulations d’un voyage vers un trou noir supermassif non rotatif d’une masse 4,3 millions de fois supérieure à celle du Soleil, équivalente à celle du trou noir au centre de la Voie lactée, Sagittarius A*. ” Si vous aviez le choix, vous préféreriez tomber dans un trou noir supermassif », explique Jeremy Schnittman, astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA et directeur des vidéos, dans un article de blog de la NASA.

En effet, les trous noirs dont la masse est environ 30 fois supérieure à celle du Soleil ont un horizon d’événements beaucoup plus petit et donc des forces de marée plus intenses. Ces forces de marée déchireraient les objets avant même qu’ils n’atteignent l’horizon des événements.

Une invitation au rêve, prête à être portée.

L’horizon des événements du trou noir dans les simulations s’étend sur environ 25 millions de kilomètres, soit près de 17 % de la distance Terre-Soleil. Son disque d’accrétion ainsi que les fins anneaux de photons qui l’entourent sont bien visibles. Des anneaux de photons se forment près du trou noir, juste avant l’horizon des événements – à cause de la lumière qui l’entoure une ou plusieurs fois. Un fond de ciel étoilé vu de la Terre complète la scène.

Les vidéos commencent lorsqu’une hypothétique caméra est localisée à 640 millions de kilomètres du trou noir. Pour mieux comprendre les effets étranges de la relativité, Schnittman a imaginé deux scénarios : l’un dans lequel la caméra échappe de peu à l’horizon des événements et parvient à s’en libérer, et l’autre dans lequel elle franchit le point de non-retour, atteignant ainsi le point de non-retour. centre du trou noir.

Les gens posent souvent des questions à ce sujet, et simuler ces processus difficiles à imaginer m’aide à relier les mathématiques de la relativité aux conséquences réelles dans l’Univers. “, il explique. Les vidéos sont disponibles sous plusieurs formats : explicatif (montrant comment se déforme l’espace-temps, comment le temps passe, etc.), 360 degrés et sous forme de cartes.

Une « spaghettitification » en 12,8 secondes

Pour créer les simulations, Schnittman s’est appuyé sur le supercalculateur Discover de la NASA. L’appareil a traité 10 téraoctets de données, soit l’équivalent de la moitié du contenu textuel de la Bibliothèque du Congrès. Il a fallu environ 5 jours pour réaliser et monter les vidéos en utilisant seulement 0,3 % de la capacité des 129 000 processeurs de Discover. À titre de comparaison, exécuter la même quantité de données prendrait plus d’une décennie avec un ordinateur portable actuel.

Dans le premier scénario, où la caméra traverse l’horizon des événements du trou noir, elle commence par s’en approcher en atteignant des vitesses de plus en plus proches de celle de la lumière. À mesure qu’elle se rapproche du disque d’accrétion, la lumière de ce dernier et celle des étoiles en arrière-plan s’amplifie.

La caméra mettrait environ 3 heures pour atteindre l’horizon des événements après avoir effectué près de deux orbites complètes (de 30 minutes) autour du trou noir. Or, du point de vue d’un observateur situé loin du trou noir, il donnerait l’impression de ne jamais arriver à destination. En effet, l’espace-temps se déforme à mesure que l’on s’approche de l’horizon des événements, ce qui donne l’impression que l’objet ralentit puis se fige avant de le traverser complètement.

Du point de vue de la caméra, le disque d’accrétion, les anneaux de photons et le ciel nocturne d’arrière-plan se déforment à mesure qu’il s’enfonce plus profondément dans le trou noir. Puisque la lumière voyage à travers un espace-temps déformé, les images se dupliquent et donnent l’impression d’être dans un espace rempli de miroirs.

Une fois à l’horizon des événements, l’espace-temps lui-même s’écoule à la vitesse de la lumière vers l’intérieur du trou noir. La caméra le traverse pour s’engouffrer vers la singularité, le point unidimensionnel au centre du trou noir et où les lois de la physique ne s’appliquent plus.

Une fois que la caméra traverse l’horizon, sa destruction par spaghettification ne prend que 12,8 secondes
», dit Schnittman. Cela se produit parce que l’attraction gravitationnelle exercée sur l’extrémité de l’objet la plus proche du trou noir est beaucoup plus intense que celle exercée sur l’extrémité opposée. Il s’étire ensuite en fines bandes de matière, d’où le nom de « spaghettification ». De là, il ne reste plus que 128 000 kilomètres à parcourir jusqu’à la singularité, en un clin d’œil (de l’ordre d’une microseconde).

Vidéo du premier scénario imaginé par Schnittman, où une hypothétique caméra traverse l’horizon des événements du trou noir (version explicative) :

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Un astronaute revenant 36 minutes plus jeune ?

Dans le deuxième scénario, dans lequel la caméra échappe de peu à l’horizon des événements, le même phénomène de distorsion spatio-temporelle se produit. À son point le plus proche de l’horizon des événements, elle atteindrait une vitesse maximale de 60 % de la vitesse de la lumière. Les structures dans la direction de son mouvement deviennent plus claires et dupliquées à mesure que sa vitesse augmente. Cependant, après avoir effectué deux orbites autour du trou noir, il repart sain et sauf pour regagner un hypothétique vaisseau mère.

Si un astronaute effectuait le même voyage (un aller-retour de 6 heures) dans la peau de la caméra, il reviendrait 36 ​​minutes plus jeune que ses collègues restés loin du trou noir. En effet, le temps s’écoule plus lentement à proximité d’une forte Source gravitationnelle et lorsqu’on se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière. Un déplacement plus important se produirait si le trou noir tournait à grande vitesse. L’astronaute qui s’approcherait suffisamment (de l’horizon des événements) reviendrait plusieurs années plus jeune, comme dans le film.
Interstellaire.

Vidéo du deuxième scénario imaginé par Schnittman, dans lequel une hypothétique caméra échappe de peu à l’horizon des événements du trou noir (version explicative) :

 
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