Astronomie

Animation de collision de trous noirs : que sont ces extrusions ?

Animation de collision de trous noirs : que sont ces extrusions ?


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Dans cette vidéo téléchargée par LIGO Lab Caltech, deux trous noirs inspirants sont représentés. La description de la vidéo explique ce qui est montré et peut être résumée par :

  • La surface colorée est l'espace de notre univers, vu d'un univers hypothétique, plat, de dimension supérieure, dans lequel notre propre univers est intégré.

  • … les couleurs représentent la vitesse à laquelle le temps s'écoule.

  • [L'espace] est entraîné en mouvement par le mouvement orbital des trous noirs, et par leur gravité et par leurs spins. Ce mouvement de l'espace est représenté par des flèches argentées…

Juste avant que les choses ne deviennent calmes, des régions de l'espace autour des trous noirs fusionnants s'extrudent vers le haut. (En fait, les extrusions semblent commencer quelque temps avant que les choses ne deviennent chaotiques.) Si « l'espace » est représenté ici comme l'analogie de la feuille de caoutchouc, que signifient ces extrusions ?

Si les forces gravitationnelles créent des dépressions dans la feuille, alors il semble s'ensuivre que ces extrusions sont anti-gravitationnelles, ce qui ne peut pas être juste. Seraient-ce des régions où les équations modélisant les interactions des trous noirs crachent des bêtises ?

(À partir de la vidéo, horodatage 0:52)


La forme de la surface montrée dans la vidéo est une représentation de la courbure spatiale de l'espace-temps. (Les relations avec le temps sont représentées séparément par les flèches et les couleurs.) Plus particulièrement, la forme représente la courbure du plan équatorial du binaire. La surface représentée a été intégrée dans un espace 3D (fictif) de telle sorte que la courbure de la surface est égale à la courbure intrinsèque du plan équatorial.

Essayons de comprendre ce que cela signifie pour l'interprétation des extrusions. Notez d'abord qu'il n'y a aucune signification physique à savoir si quelque chose est montré comme une extrusion ou une dépression, cela n'affecte pas réellement la courbure. Les vidéastes auraient également pu choisir de représenter les dépressions autour du trou noir comme des extrusions à la place --- sans changer le sens.

Ce qui est pertinent, cependant, c'est que certaines régions sont représentées comme des dépressions tandis que d'autres sont représentées comme des extrusions. Cela signifie que quelque part entre les deux, il doit y avoir un point de selle dans la surface représentée. Les points de selle correspondent aux régions avec une courbure (spatiale) négative (c'est-à-dire une zone où si vous dessiniez un triangle, ses angles seraient inférieurs à 180 degrés). Les extrusions elles-mêmes assez claires ont une courbure positive (un triangle aurait plus de 180 degrés).

Notez que le signe de la courbure spatiale a peu à voir avec le fait que la gravité soit attractive ou répulsive. Si vous voulez une indication de la direction dans laquelle la gravité fonctionne, les flèches donnent une meilleure idée (bien que cette interprétation doive également être prise avec une pincée de sel relativiste).

EDIT : Clarifier un peu le dernier point. L'animation décrit trois aspects de la courbure de l'espace-temps : la vitesse à laquelle le temps s'écoule (le lapsus) sous forme de carte de couleur, la vitesse à laquelle l'espace est déplacé (le décalage) sous forme de flèches grises/argentées et la courbure spatiale sous forme de la surface. Ensemble, ces trois éléments caractérisent complètement la courbure de l'espace-temps. Par conséquent, ils dictent comment un objet de test se déplacerait dans l'espace-temps, c'est-à-dire "comment agit la gravité". Bien que les trois éléments soient importants pour le mouvement des particules, certains donnent une meilleure indication qualitative du comportement des particules d'essai que d'autres. A cet égard, la carte des couleurs et les flèches sont plus importantes que la courbure spatiale. Typiquement, une particule voudra se déplacer avec les flèches et le long du dégradé de couleur vers les régions les plus rouges (dans les deux cas, cela signifie généralement vers les trous noirs). La courbure spatiale joue un rôle quelque peu secondaire et importe surtout pour les particules se déplaçant à des vitesses élevées. D'où mon commentaire selon lequel le signe de la courbure spatiale n'est pas un bon indicateur pour savoir si la gravité est attractive ou répulsive à un moment donné.


Toutes les théories ne peuvent pas expliquer le trou noir gargantuesque M87 *

Cette impression d'artiste représente un trou noir supermassif en rotation rapide entouré d'un disque d'accrétion. Ce mince disque de matière en rotation est constitué des restes d'une étoile semblable au Soleil qui a été déchirée par les forces de marée du trou noir. Le trou noir est étiqueté, montrant l'anatomie de cet objet fascinant. Crédit : ESO

Des scientifiques de l'Université Goethe de Francfort et de l'Event Horizon Telescope Collaboration utilisent les données qui ont produit la première image d'un trou noir pour contraindre ses propriétés fondamentales.

Des physiciens théoriques de l'Université Goethe de Francfort ont analysé les données du trou noir M87* dans le cadre de la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) pour tester la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. D'après les tests, la taille de l'ombre de M87* est en excellent accord avec un trou noir en relativité générale, mais impose des contraintes sur les propriétés des trous noirs dans d'autres théories. En 2019, la collaboration EHT a publié la première image d'un trou noir situé au centre de la galaxie M87.

Comme l'a souligné pour la première fois l'astronome allemand Karl Schwarzschild, les trous noirs déforment l'espace-temps à un degré extrême en raison de leur extraordinaire concentration de masse, et chauffent la matière à proximité de sorte qu'elle commence à briller. Le physicien néo-zélandais Roy Kerr a montré que la rotation peut changer la taille du trou noir et la géométrie de son environnement. Le «bord» d'un trou noir est connu sous le nom d'horizon des événements, la limite autour de la concentration de masse au-delà de laquelle la lumière et la matière ne peuvent s'échapper et qui rend le trou noir «noir». Les trous noirs, prédit la théorie, peuvent être décrits par une poignée de propriétés : masse, spin et une variété de charges possibles.

Tous ces trous noirs projettent des ombres sombres qui se distinguent les unes des autres par leur taille, mais seuls ceux qui tombent dans la bande grise sont compatibles avec les mesures EHT 2017 de M87*, et sur cette image, celle représentée en rouge en bas est trop petit pour être un modèle viable pour M87*. Crédit : Prashant Kocherlakota, Luciano Rezzolla (Goethe University Frankfurt et EHT Collaboration/Fiks Film 2021)

En plus des trous noirs prédits par la théorie de la relativité générale d'Einstein, on peut considérer ceux des modèles inspirés des théories des cordes, qui décrivent la matière et toutes les particules comme des modes de minuscules cordes vibrantes. Les théories des trous noirs inspirées des cordes prédisent l'existence d'un champ supplémentaire dans la description de la physique fondamentale, qui conduit à des modifications observables de la taille des trous noirs ainsi que de la courbure dans leur voisinage.

Les physiciens Dr. Prashant Kocherlakota et le professeur Luciano Rezzolla de l'Institut de physique théorique de l'Université Goethe de Francfort, ont maintenant étudié pour la première fois comment les différentes théories correspondent aux données d'observation du trou noir M87* au centre de la galaxie Messier 87 L'image de M87*, prise en 2019 par la collaboration internationale Event Horizon Telescope (EHT), a été la première preuve expérimentale de l'existence réelle de trous noirs après la mesure des ondes gravitationnelles en 2015.

Le résultat de ces investigations : Les données de M87* sont en excellent accord avec les théories basées sur Einstein et dans une certaine mesure avec les théories basées sur les cordes. Le Dr Prashant Kocherlakota explique : « Avec les données enregistrées par la collaboration EHT, nous pouvons désormais tester différentes théories de la physique avec des images de trous noirs. Actuellement, nous ne pouvons pas rejeter ces théories lors de la description de la taille de l'ombre de M87*, mais nos calculs limitent la plage de validité de ces modèles de trous noirs.

Le professeur Luciano Rezzolla déclare : « L'idée des trous noirs pour nous, physiciens théoriciens, est à la fois une source d'inquiétude et d'inspiration. Bien que nous soyons toujours aux prises avec certaines des conséquences des trous noirs - telles que l'horizon des événements ou la singularité - nous semblons toujours désireux de trouver de nouvelles solutions aux trous noirs également dans d'autres théories. Il est donc très important d'obtenir des résultats comme les nôtres, qui déterminent ce qui est plausible et ce qui ne l'est pas. C'était une première étape importante et nos contraintes seront améliorées au fur et à mesure que de nouvelles observations seront faites.

Dans la collaboration Event Horizon Telescope, des télescopes du monde entier sont interconnectés pour former un télescope géant virtuel avec une parabole aussi grande que la Terre elle-même. Avec la précision de ce télescope, un journal de New York pouvait être lu depuis un café de rue à Berlin.

Référence : “Contraints on black-hole charges with the 2017 EHT observations of M87*” by Prashant Kocherlakota et al. (Collaboration EHT), 20 mai 2021, Examen physique D.
DOI : 10.1103/PhysRevD.103.104047


De violentes collisions entre un trou noir et une étoile à neutrons pourraient aider à régler le différend sur l'expansion de l'univers

L'étude des collisions violentes des trous noirs et des étoiles à neutrons pourrait bientôt fournir une nouvelle mesure du taux d'expansion de l'Univers, aidant à résoudre un différend de longue date, suggère une nouvelle étude de simulation dirigée par des chercheurs de l'University College de Londres.

Nos deux meilleures façons actuelles d'estimer le taux d'expansion de l'Univers – mesurer la luminosité et la vitesse des étoiles pulsantes et explosives, et examiner les fluctuations du rayonnement de l'Univers primitif – donnent des réponses très différentes, suggérant que notre théorie de l'Univers peut être erronée.

Un troisième type de mesure, examinant les explosions de lumière et les ondulations dans le tissu spatial causées par les collisions trou noir-étoile à neutrons, devrait aider à résoudre ce désaccord et à clarifier si notre théorie de l'Univers a besoin d'être réécrite.

La nouvelle étude, publiée dans Lettres d'examen physique, a simulé 25 000 scénarios de collision de trous noirs et d'étoiles à neutrons, dans le but de voir combien seraient probablement détectés par des instruments sur Terre entre le milieu et la fin des années 2020.

Image d'une animation de la NASA d'un trou noir dévorant une étoile à neutrons. Crédit : Dana Berry/NASA

Les chercheurs ont découvert que, d'ici 2030, les instruments sur Terre pourraient détecter des ondulations dans l'espace-temps causées par jusqu'à 3 000 de ces collisions, et que pour environ 100 de ces événements, les télescopes verraient également des explosions de lumière qui les accompagnent.

Ils ont conclu que ce serait suffisamment de données pour fournir une nouvelle mesure complètement indépendante du taux d'expansion de l'Univers, suffisamment précise et fiable pour confirmer ou nier le besoin d'une nouvelle physique.

L'auteur principal, le Dr Stephen Feeney (UCL Physics & Astronomy) a déclaré: "Une étoile à neutrons est une étoile morte, créée lorsqu'une très grande étoile explose puis s'effondre, et elle est incroyablement dense - généralement 10 miles de diamètre mais avec une masse allant jusqu'à deux fois celle de notre Soleil. Sa collision avec un trou noir est un événement cataclysmique, provoquant des ondulations de l'espace-temps, appelées ondes gravitationnelles, que nous pouvons désormais détecter sur Terre avec des observatoires comme LIGO et Virgo.

« Nous n'avons pas encore détecté de lumière provenant de ces collisions. Mais les progrès de la sensibilité des équipements de détection des ondes gravitationnelles, ainsi que les nouveaux détecteurs en Inde et au Japon, conduiront à un énorme bond en avant en termes de nombre de ces types d'événements que nous pouvons détecter. C'est incroyablement excitant et devrait ouvrir une nouvelle ère pour l'astrophysique. »

Pour calculer le taux d'expansion de l'Univers, connu sous le nom de constante de Hubble, les astrophysiciens doivent connaître la distance des objets astronomiques de la Terre ainsi que la vitesse à laquelle ils s'éloignent. L'analyse des ondes gravitationnelles nous indique à quelle distance se trouve une collision, ne laissant que la vitesse à déterminer.

Pour dire à quelle vitesse la galaxie hôte d'une collision s'éloigne, nous examinons le « décalage vers le rouge » de la lumière, c'est-à-dire comment la longueur d'onde de la lumière produite par une source a été étirée par son mouvement. Les explosions de lumière qui pourraient accompagner ces collisions nous aideraient à localiser la galaxie où la collision s'est produite, permettant aux chercheurs de combiner les mesures de distance et les mesures de décalage vers le rouge dans cette galaxie.

Le Dr Feeney a déclaré : « Les modèles informatiques de ces événements cataclysmiques sont incomplets et cette étude devrait fournir une motivation supplémentaire pour les améliorer. Si nos hypothèses sont correctes, bon nombre de ces collisions ne produiront pas d'explosions que nous pouvons détecter - le trou noir avalera l'étoile sans laisser de trace. Mais dans certains cas, un trou noir plus petit peut d'abord déchirer une étoile à neutrons avant de l'avaler, laissant potentiellement de la matière à l'extérieur du trou qui émet un rayonnement électromagnétique.

Le co-auteur, le professeur Hiranya Peiris (UCL Physics & Astronomy et Stockholm University) a déclaré : « Le désaccord sur la constante de Hubble est l'un des plus grands mystères de la cosmologie. En plus de nous aider à démêler ce puzzle, les ondulations de l'espace-temps de ces événements cataclysmiques ouvrent une nouvelle fenêtre sur l'univers. Nous pouvons anticiper de nombreuses découvertes passionnantes au cours de la prochaine décennie. »

Les ondes gravitationnelles sont détectées dans deux observatoires aux États-Unis (les LIGO Labs), un en Italie (Virgo) et un au Japon (KAGRA). Un cinquième observatoire, LIGO-Inde, est actuellement en construction.

Nos deux meilleures estimations actuelles de l'expansion de l'Univers sont de 67 kilomètres par seconde par mégaparsec (3,26 millions d'années-lumière) et de 74 kilomètres par seconde par mégaparsec. Le premier est dérivé de l'analyse du fond diffus cosmologique, le rayonnement laissé par le Big Bang, tandis que le second provient de la comparaison d'étoiles à différentes distances de la Terre, en particulier les Céphéides, qui ont une luminosité variable, et les étoiles explosives appelées supernovae de type Ia.

Le Dr Feeney a expliqué : « Étant donné que la mesure du fond micro-ondes nécessite une théorie complète de l'Univers, mais pas la méthode stellaire, le désaccord offre des preuves alléchantes d'une nouvelle physique au-delà de notre compréhension actuelle. Avant de pouvoir faire de telles affirmations, cependant, nous avons besoin de confirmation du désaccord à partir d'observations complètement indépendantes - nous pensons que celles-ci peuvent être fournies par des collisions trou noir-étoile à neutrons. »

Référence : “Prospects for Measuring the Hubble Constant with Neutron-Star–Black-Hole Mergers” par Stephen M. Feeney, Hiranya V. Peiris, Samaya M. Nissanke et Daniel J. Mortlock, 28 avril 2021, Lettres d'examen physique.
DOI : 10.1103/PhysRevLett.126.171102

L'étude a été menée par des chercheurs de l'UCL, de l'Imperial College de Londres, de l'Université de Stockholm et de l'Université d'Amsterdam. Il a été soutenu par la Royal Society, le Conseil suédois de la recherche (VR), la Fondation Knut et Alice Wallenberg et l'Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique (NWO).


Animation de collision de trous noirs : que sont ces extrusions ? - Astronomie

Cette bande vidéo comprend plusieurs segments d'animations sur les trous noirs et la formation des galaxies, et plusieurs segments d'une entrevue avec le Dr John Kormendy. Les segments d'animation sont : (1) un trou noir super massif, (2) Centarus Un trou noir actif trouvé lors d'une collision, (3) la galaxie NGC-4261 (trou noir actif et modèle de jet), (4) la galaxie M-32 (les orbites des étoiles sont affectées par la gravité du trou noir), (5) la galaxie M-37 (le mouvement des étoiles augmente à mesure que la masse du trou noir augmente), (6) la naissance des noyaux galactiques actifs, (7) la collision de deux galaxies conduisent à la fusion des trous noirs, (8) Centarus A et simulation de la collision de 2 galaxies. Il y a aussi plusieurs segments d'une entrevue avec John Kormendy. Dans ces segments, il discute des deux aspects les plus importants de ses récents travaux sur les trous noirs : (1) les corrélations entre la vitesse des galaxies et la masse des trous noirs, et (2) l'existence des trous noirs et la formation galactique. Il discute également de l'importance du télescope spatial Hubble et du spectrographe imageur du télescope spatial pour l'étude des trous noirs. Il montre également la méthodologie de traitement des images du spectrographe dans son bureau.


Les prédictions d'Einstein ont conduit les scientifiques à de violentes collisions spatiales et à un nouveau domaine de la physique

Einstein a prédit que les collisions d'objets massifs, comme les trous noirs et les étoiles à neutrons, produiraient des ondes gravitationnelles. Mais il ne pensait pas que quiconque détecterait jamais ces ondulations dans l'espace-temps – elles semblaient trop faibles pour être détectées sur Terre au milieu de tout le bruit et les vibrations ici.

Pendant 100 ans, il a semblé qu'Einstein avait raison.

Mais à la fin des années 1990, les machines LIGO à Washington et en Louisiane ont été construites pour tenter de capter les signaux. Pendant les 13 premières années, ils ont attendu en silence.

Enfin, en septembre 2015, LIGO a détecté ses premières ondes gravitationnelles : des signaux issus de la fusion de deux trous noirs distants d'environ 1,3 milliard d'années-lumière. La découverte a ouvert un nouveau domaine de l'astronomie, et trois chercheurs qui ont aidé à concevoir l'expérience ont remporté un prix Nobel de physique.

Depuis, LIGO et Virgo ont identifié deux autres types de collisions. Les observatoires ont enregistré les ondes gravitationnelles de deux étoiles à neutrons fusionnant pour la première fois en octobre 2017. En août 2019, LIGO et Virgo ont détecté ce que les scientifiques pensent être un trou noir avalant une étoile à neutrons.

"Après tant d'observations d'ondes gravitationnelles depuis la première détection en 2015, c'est excitant que l'univers nous lance toujours de nouvelles choses, et ce trou noir de 85 masses solaires est tout à fait une boule de courbe", Chase Kimball, doctorant en astronomie à l'Université Northwestern qui travaille avec l'équipe LIGO, a déclaré dans le communiqué.

Les chercheurs s'attendent à en apprendre davantage à mesure qu'ils approfondissent ce domaine de la physique. Les mises à niveau prévues et les nouveaux observatoires pourraient permettre aux scientifiques de détecter chaque jour de nouvelles collisions spatiales d'ici le milieu des années 2020.

"Les observations d'ondes gravitationnelles sont révolutionnaires", a déclaré Berry. "Chaque nouvelle détection affine notre compréhension de la formation des trous noirs. Avec ces percées des ondes gravitationnelles, il ne faudra pas longtemps avant que nous ayons suffisamment de données pour découvrir les secrets de la naissance et de la croissance des trous noirs."


Animation de collision de trous noirs : que sont ces extrusions ? - Astronomie

Une visite des trous noirs triplet
(Crédit : NASA/CXC/A. Hobart)
[Durée : 02:49]

Trois trous noirs géants ont été repérés dans une collision titanesque de trois galaxies. Cette découverte a été faite à l'aide des données de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et d'autres télescopes au sol et dans l'espace.

Pour découvrir ce rare tiercé de trous noirs, les chercheurs avaient d'abord besoin d'informations provenant du télescope Sloan Digital Sky Survey au Nouveau-Mexique, qui balaye de grandes étendues du ciel à la lumière optique. Avec l'aide de citoyens scientifiques du monde entier dans le cadre du projet Galaxy Zoo, le système connu sous le nom de SDSS J0849+1114 a été identifié comme un système de collisions de galaxies.

Ensuite, les astronomes se sont tournés vers les données infrarouges de la mission WISE de la NASA, qui ont révélé que le système brillait intensément dans l'infrarouge pendant une phase de fusion des galaxies où plus d'un des trous noirs devrait s'alimenter rapidement. Pour donner suite à ces indices, les astronomes se sont ensuite tournés vers Chandra et le Large Binocular Telescope, ou LBT, en Arizona.

Les données de Chandra ont révélé des sources de rayons X et un signe révélateur de la consommation de matière par les trous noirs et se sont produits aux centres lumineux de chaque galaxie lors de la fusion, exactement là où les scientifiques s'attendent à ce que les trous noirs supermassifs se trouvent. Chandra et NuSTAR de la NASA ont également trouvé des preuves de grandes quantités de gaz et de poussière autour de l'un des trous noirs, typiques d'un système de trous noirs en fusion.

L'une des raisons pour lesquelles il est difficile de trouver un triplet de trous noirs supermassifs est qu'ils sont souvent entourés de gaz et de poussière, ce qui bloque une grande partie de la lumière des régions qui les entourent. Les images infrarouges de WISE, les spectres infrarouges de LBT et les images aux rayons X de Chandra contournent ce problème, car la lumière infrarouge et les rayons X percent les nuages ​​de gaz beaucoup plus facilement que la lumière optique.

Les astronomes pensent que ces collisions de triplets, bien qu'extrêmement rares, jouent un rôle essentiel dans la croissance des plus gros trous noirs au fil du temps. Pour cette raison, ils continueront à utiliser Chandra et d'autres télescopes pour rechercher ces systèmes importants.

Un coup d'œil sur les trous noirs triplet
(Crédit : NASA/CXC/A. Hobart)
[Durée : 1:12]

Trois trous noirs supermassifs sont sur une trajectoire de collision, capturés par des télescopes au sol et dans l'espace.

Le système où se produit cette triple fusion de trous noirs, appelé SDSS J0849+1114, est situé à environ un milliard d'années-lumière de la Terre.

Pour faire cette découverte, les astronomes ont combiné les données des télescopes au sol ainsi que plusieurs dans l'espace, notamment Chandra, Hubble, WISE et NuSTAR.

Les scientifiques ont vu plusieurs cas où deux trous noirs supermassifs sont en cours de collision.

Ce dernier résultat, cependant, est la meilleure preuve à ce jour d'un trio de trous noirs géants.

Les astronomes pensent que ces collisions de triplets, bien qu'extrêmement rares, jouent un rôle essentiel dans la croissance des plus gros trous noirs au fil du temps.


Un « rebond radio » durable alimenté par les jets de Gamma-Ray Burst

Animation d'artiste d'une étoile explosant en une supernova et alimentant un sursaut gamma. Les astronomes ont capturé pour la première fois la « rémanence » durable de l'une de ces explosions cataclysmiques avec ALMA et le VLA. Le rebond, ou choc inverse, déclenché par les puissants jets du GRB s'écrasant sur les débris environnants, a duré des milliers de fois plus longtemps que prévu, donnant aux astronomes un aperçu sans précédent de la structure et de la dynamique des jets.


Animation de collision de trous noirs : que sont ces extrusions ? - Astronomie

Les saisons de la Terre
Cette animation montre la relation entre l'inclinaison angulaire fixe de l'axe de la Terre et l'emplacement sur son orbite autour du Soleil pour les différentes saisons au cours d'une année entière. La Terre et la Lune sont agrandies pour plus de clarté, mais sont affichées avec l'orientation orbitale, la vitesse relative et le taux orbital corrects l'un par rapport à l'autre. Les différentes saisons sont étiquetées selon les définitions astronomiques du début et de la fin de l'hiver, du printemps, de l'été et de l'automne, respectivement.

Éclipses solaires annulaires et totales
Cette animation montre la relation entre l'inclinaison angulaire fixe de l'axe de la Terre et l'emplacement sur son orbite autour du Soleil pour les différentes saisons au cours d'une année entière. La Terre et la Lune sont agrandies pour plus de clarté, mais sont affichées avec l'orientation orbitale, la vitesse relative et le taux orbital corrects l'un par rapport à l'autre. Les différentes saisons sont étiquetées selon les définitions astronomiques du début et de la fin de l'hiver, du printemps, de l'été et de l'automne, respectivement.

Le spectre de Planck
Cette animation montre la croissance de la courbe du corps noir et le décalage correspondant de la longueur d'onde maximale avec la température pour le spectre d'un objet chauffé. La région visible du spectre est indiquée. Au fur et à mesure que la température augmente, l'"extrémité" du spectre se remplit en premier, de sorte que l'objet commence à briller en rouge, puis en rouge-orange, puis en rouge-jaunâtre. Il devient finalement "chaud à blanc" lorsque toute la partie visible du spectre est remplie de manière à peu près uniforme. À des températures extrêmement élevées, telles que les températures de surface de jeunes étoiles très massives, le pic du spectre se déplace au-delà de la plage visible vers des fréquences plus élevées, et l'inclinaison résultante dans la partie du spectre qui reste dans la plage visible fait que l'objet apparaissent légèrement plus bleus que blancs.

Atome d'hydrogène classique I
Un atome d'hydrogène classique est composé d'un seul électron en orbite autour d'un seul noyau de proton. Lorsque l'atome absorbe un photon, son électron passe à un état excité. Finalement, l'électron retourne à l'état fondamental et un photon ultraviolet est émis.

Atome d'hydrogène classique II
L'absorption d'un photon plus énergétique peut faire passer l'électron de l'atome d'hydrogène au deuxième état excité. Ici, l'électron revient en cascade vers son état fondamental, émettant deux photons, un dans l'ultraviolet et un dans la partie rouge du spectre.

Règle astronomique
La distance entre le Soleil et la Terre est de 1 unité astronomique, un intervalle énorme par rapport aux normes quotidiennes d'environ 1,5 x 10 8 km. La distance entre le Soleil et Pluton est en moyenne de près de 40 unités astronomiques de ce type.

Planètes terrestres I
Les quatre planètes intérieures ont des couleurs, des tailles, des inclinaisons et des rotations différentes. Avec une certaine licence artistique, voici un rendu de ces divers aspects de la planétologie comparée. Notez que, pour Vénus, nous examinons la rotation rétrograde beaucoup plus rapide de ses ponts nuageux supérieurs (pas la rotation beaucoup plus lente de sa surface cachée), et pour Mercure, sa vitesse de rotation a été augmentée afin d'afficher son mouvement prograde.

Planètes Joviennes Partie I
Les quatre planètes gazeuses géantes sont ici comparées, avec une taille et une échelle appropriées, les unes aux autres et à la planète Terre. Nous voyons leurs couleurs riches et leurs nombreux anneaux variés, chacun tournant séparément. En effet, l'anneau intérieur de Saturne a une période environ deux fois plus rapide que son anneau extérieur. Les inclinaisons des axes de rotation des planètes sont rendues ici par rapport au plan de l'écliptique, y compris celui d'Uranus, qui pointe presque vers nous.

Simulation de la tempête magnétique du 10 au 11 janvier
Il s'agit d'un modèle informatique d'un nuage de plasma éjecté du Soleil. Le nuage impacte le champ magnétique terrestre et le déforme. Cette animation est basée sur des données réelles du vaisseau spatial WIND.

Avec la permission du Goddard Space Flight Center/NASA.

Planètes Terrestres Partie II
Ici, les compositions intérieures en vrac des quatre mondes semblables à la Terre sont comparées, côte à côte, montrant principalement des similitudes plutôt que des différences majeures. La présence ou l'absence de champ magnétique doit résulter d'une combinaison de vitesse de rotation et de noyau chauffé.

L'orbite de Mercure
L'orbite et la rotation de Mercure se combinent pour produire un jour de deux ans (176 jours terrestres au total). Dans cette animation, nous montrons la relation entre la rotation de Mercure autour de son axe et son orbite autour du Soleil pour illustrer le temps nécessaire pour effectuer un cycle complet de ces mouvements.

Les phases de Vénus
Cette animation intègre une fenêtre dans une fenêtre montrant le changement de phase, de taille et de luminosité de Vénus vue de la Terre. Cette vue télescopique depuis la Terre est présentée à côté d'une fenêtre principale qui donne simultanément les positions de la Terre et de Vénus dans leurs orbites respectives autour du Soleil. Une fenêtre d'informations numériques donne de nombreux détails sur les quantités pertinentes, telles que le pourcentage d'illumination de Vénus vue de la Terre, la distance relative entre les deux corps, et la magnitude et la taille angulaire de Vénus.

La rotation de Vénus
L'animation commence par montrer l'orientation d'un marqueur de référence sur la surface de Vénus et comment ce marqueur de référence change avec la position de Vénus sur son orbite, illustrant la rotation rétrograde et la durée du jour de Vénus. L'animation se poursuit ensuite en montrant un gros plan de cette rotation en même temps qu'un aperçu de la position orbitale de Vénus tout au long d'une "année" entière de Vénus. Comme les autres planètes, Vénus se déplace dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur son orbite autour du Soleil. vu d'un point de vue au nord du plan de l'écliptique, mais contrairement à la plupart des autres objets du système solaire, il tourne autour de son axe dans le sens opposé. En conséquence, le Soleil se lève à l'horizon ouest de Vénus et se couche à l'est.

Changements saisonniers dans la calotte glaciaire du pôle nord martien
L'expansion saisonnière et le rétrécissement de la calotte polaire nord de Mars sont évidents dans cette séquence accélérée s'étalant sur cinq mois. Ces vues, donnant directement sur le pôle nord martien, ont en fait été créées en assemblant des mosaïques de trois ensembles d'images prises par le télescope Hubble et en les projetant pour qu'elles apparaissent comme elles le feraient si elles étaient vues du dessus du pôle.

Arpenteur mondial de Mars
Le Mars Global Surveyor effectue une cartographie haute résolution de Mars, en voyant des détails aussi petits qu'un mètre de diamètre. Situé sur une orbite polaire autour de la planète rouge, MGS transporte six instruments pour étudier la surface, l'atmosphère et les champs gravitationnels et magnétiques de la planète. Au cours de cette phase de cartographie de Mars de la mission, le vaisseau spatial fera le tour de la planète toutes les 117 minutes à une altitude moyenne de 378 kilomètres (235 miles). De plus, l'orbite cartographique est inclinée presque à angle droit par rapport à l'équateur martien. Par conséquent, Surveyor passera au-dessus des régions polaires nord et sud de Mars à chaque révolution autour de la planète.

Rotation de Mars
Il s'agit d'une mosaïque de photos de la planète Mars à partir de trois vues distinctes prises avec le télescope spatial Hubble (les coutures entre les trois images peuvent être vues comme des caractéristiques longitudinales sombres). Lorsque cette image a été assemblée au début de 1995, c'était le printemps dans l'hémisphère nord de Mars. L'abondance de nuages ​​blancs duveteux montre que la planète est plus froide et plus sèche que lors de sa dernière visite par un vaisseau spatial au milieu des années 1970.

Jupiter&# 146s Lune Ganymède
Ce zoom sur deux régions de Ganymède montre une résolution comparable aux images prises par les sondes Voyager et Galileo. Ganymède est sillonné de rainures parallèles relativement plus jeunes qui traversent un terrain préexistant, fortement sillonné et cratérisé. De telles caractéristiques répandues marquent des endroits où deux morceaux de croûte séparés se sont éloignés l'un de l'autre alors que la surface glacée de Ganymède se refroidissait et se dilatait. Les détails les plus fins que l'on puisse voir mesurent environ 1,6 km de diamètre.

Le relief de la Région Galileo a été remanié par de multiples épisodes de cisaillement et de sillons profonds dus au mouvement de la croûte superficielle. Des crêtes de collines et des bords de cratères brillants sont également apparents, suggérant des calottes de givre. Les cratères font généralement 3 à 5 km de diamètre.

Une vue en trois dimensions de la région Galileo réalisée en combinant des images prises le 27 juin et le 6 septembre, lorsque l'engin Galileo a survolé le même site sous différents angles de vue. Cette vue du terrain en 3D met en évidence les hauteurs des jantes surélevées et les profondeurs des sillons et des cratères d'impact.

Jupiter&# 146s Lune Europe
Le labyrinthe d'Europe de caractéristiques à la fois linéaires et confuses ressemble à des coulées de glace fissurée dans les régions polaires de la Terre. Dans la vue à plus haute résolution, la couleur a été améliorée pour mettre en évidence les différences de composition de surface. La couleur rouge désigne des zones qui sont probablement un mélange de poussière et de glace d'eau qui s'est infiltré à la surface de l'océan souterrain d'Europe. La glace de surface relativement fraîche apparaît bleu-blanc. De subtiles différences de couleur sur les plaines lumineuses impliquent que les grains de glace à la surface ont des tailles différentes.

Cette vue de Galileo zoome jusqu'à la surface d'Europe jusqu'à ce que des caractéristiques pas plus grandes que des maisons – seulement 20 mètres de diamètre – puissent être vues au milieu de l'enchevêtrement de crêtes et de rainures qui se chevauchent. La croûte externe d'Europe est mince, peut-être seulement quelques kilomètres d'épaisseur par endroits. Un océan ou une neige fondue d'eau de roche se trouve peut-être juste sous la surface.

Une vue en trois dimensions de la surface d'Europe, réalisée en combinant des images sous deux angles de vue différents à partir de deux survols de la sonde Galileo d'Europe. On voit clairement les gros radeaux de glace et les plaques relativement lisses et sans cratère à la surface d'Europe. Les blocs peuvent flotter sur une surface glacée plus jeune et plus mince qu'on ne le croyait auparavant. Also unique are long "triple bands" having dark margins and bright centers. Though they are 10 to 20 km wide, they trace across the flat terrain for hundreds of kilometers.

Galileo Mission to Jupiter, Part I
On July 13, 1995, the atmospheric probe separated from the main bus, and began its own trek toward Jupiter. The probe has instruments that measure pressure, temperature, and the chemical content of the Jovian atmosphere.

Galileo Mission to Jupiter, Part II
Here, we see the "main bus" in its initial approach to Jupiter. As the vehicle begins orbiting the planet, it will monitor data from the atmosphere probe and relay the findings back to Earth.

Galileo Mission to Jupiter, Part III
As the atmospheric probe makes its way toward Jupiter, great bolts of lightening can be seen on the dark side of the planet. These bolts can be "heard" in the radio part of the spectrum.

Galileo Mission to Jupiter, Part IV
On December 7, 1995, the probe enters the upper layers of the Jovian atmosphere at a searing 170,000 km/hr, and slows down to about 50 km/hr when it deploys its parachute.

Galileo Mission to Jupiter, Part V
Under its parachute, the probe relays data back to the main bus for approximately 90 minutes before being crushed by atmospheric pressure.

Io Cutaway
Recent observations of Juptier’s moon Io by the Galileo robot spacecraft have measured a magnetic field more intense than expected -- and hence, by inference, a larger metallic core, in fact almost half the radius of this peculiar moon.

Galileo Flyby of Io
This animation shows a detailed artist’s rendering of the Galileo spaceprobe by-passing the Jovian moon Io.

Saturn Storm
This is a view of the planet Saturn as seen in December 1994 when a large white storm erupted over the equatorial region.

Historical Observations of Pluto
This series of images shows the improvement in telescopic views of the planet Pluto since its discovery in 1930. In addition to its discovery image, which shows Pluto moving against a stellar background, other milestones include the detection of Pluto’s moon Charon in 1978 and a follow-up observation with the Hubble Space Telescope in 1990 which clearly separates the planet and its satellites.

Jovian Planet Part II
The Jovian Planets, especially Jupiter and Saturn, emit more radiation than they absorb, suggesting great heat within them. Jupiter and Saturn have very similar interiors of mostly hydrogen, while Uranus and Neptune are also thought to have nearly identical structures and compositions.

Orbits of Neptune and Pluto
Animates the relative location of Neptune and Pluto versus time, beginning with the date of the announcement of Pluto's discovery, and continuing for one orbit of Pluto around the Sun (249 Earth years). The locations at which the orbits of Neptune and Pluto cross, as seen from above the plane of the ecliptic, are easily visible. Neptune and Pluto will never collide, however, due to the fixed 3:2 ratio between their oribital periods.

Mutual Eclipses of Charon and Pluto
Much information was gained regarding the orbit of the moon Charon about Pluto through observations of a series of eclipses of each of these objects by the other (or more correctly, eclipses of Charon by Pluto and transits of Charon in front of Pluto) that occurred between 1982 and 1994. This animation shows the simulated motion of Charon around Pluto as seen from the Earth during this time period. During the first portion of the movie, the orbital motion of Charon has been slowed down for clarity. The last two portions of the animation show closer views of a particular eclipse and a transit, along with a time scale to show how these events would have been seen by an Earth observer.

Path of Comet Hyakutake Across Sky
This is an animated diagram of the path of comet Hyakutake as it moved across the sky and how it changed position from early April to May 1996.

Rotating Comet Hale- Bopp Nucleus
This animation is based on Hubble Space Telescope observations on the nucleus of Comet Hale-Bopp. Astronomers unexpectedly caught the comet going through a sudden brief outburst, where, in little more than an hour, the amount of dust being spewed from the nucleus increased at least eight fold. The surface of Hale-Bopp’s nucleus is an incredibly dynamic place, with vents being turned on and off as new patches of icy material are rotated into sunlight for the first time. Astronomers have estimated that its nucleus may be 19-25 miles (30-40 kilometers) in diameter. The average comet is thought to have a nucleus of about 3 miles (5 kilometers) in diameter, or even smaller. The comet or asteroid that struck Earth 65 million years ago, possibly causing the extinction of the dinosaurs, was probably about 6-9 miles (10-15 kilometers) across.

Anatomy of a Comet I
As a comet nears the Sun, its velocity increases as does the length of its tail, which always points away from the Sun. Up close, tumbling and oddly shaped, comet nuclei resemble "dirty snowballs. "

Anatomy of a Comet II
Nearing the Sun, comets display violent activity. Gases boil off the comet nucleus, forming a coma surrounding it. Also, two tails form--an ion tail straight back and a dust tail lagging and curved. Up close, jets are seen on the sunward side of the evaporating nucleus.

Asteroid Comet Breakup
When rounding the Sun or a Jovian planet too closely, comets and asteroids can break into small fragments. If the debris intersects Earth’s orbit, it can produce either delightful meteor showers, as is often the case with comet fragments, or catastrophic impacts, as is often the case with asteroid fragments. The animation, not done to scale, depicts mostly the latter phenomenon.

Formation of Warp in Beta Pictoris Disk
This animation shows how the gravitational pull of a suspected planet might warp the inner disk of the Beta Pictoris. The dust in the disk "feels" the gravitational tug of a Jupiter-sized planet, which is orbiting in a slightly different plane from that of the disk. This pulls the dust that is near the inner edge of the disk into a different plane.

Coalescence of Objects in a Gravitational Field
This animation shows the simulated motion of a small number of bodies of various orbital eccentricities over time. It is intended to give an overview of the processes that govern collision, coalescence, and gravitational scattering between objects in the early history of formation of planets around a star. In this simulation, 25 objects are placed into randomly distributed orbits around a more massive parent body, and allowed to interact according to Newton's laws of motion and gravitation. Objects that come within their mutual radii are allowed to coalesce, and objects can also receive gravitational boosts and decelerations if they come close enough to each other but do not collide. The result, after some late collisions that resemble the behavior of eccentric objects within our own solar system, is a general clearing of the region near the star, with one object in a nearly circular orbit and several smaller ones flung into long-period, very elongated orbits.

May 12 1997 Solar Flare Event
This time-lapse image shows a bright flare erupting on the Sun. The green false color actually represents a view of the Sun in ultraviolet light, as seen with the SOHO spacecraft.

LASCO C3 Coronograph on the SOHO shows a coronal ejection and grazing Comet
In this time lapse view the Sun ejects a massive plume of gas into space. As Earth moves along its orbit, the Sun appears to drift across the star field and Milky Way. A sun-grazing comet sweeps perilously close to the Sun.

The Inverse Square Law
When radiation moves away from a point source, it is steadily diluted in intensity as it spreads out over progressively larger surface areas. The light intensity varies inversely as the square of the distance from the source. Gravitational attraction between two astronomical bodies follows a similar "inverse square law" for the same mathematical reason. This animation shows how the area grows with the square of distance and how light is spread out over that area as it moves from a pointlike source.

Gaseous Pillars of Star Birth
This sequence zooms into a vast pillar of cold hydrogen gas laced with dust, which is an incubator for new star formation.

Orion Nebula Mosaic
This sequence demonstrates how successive exposures with the Hubble Space Telescope can be combined to create a photo mosaic of a large nearby nebula. The Orion Nebula is seven light-years across and so requires several separate images to cover its entire extent.

M16 Eagle Nebula
This animation puts a recent HST image into its historical context. We start with the parent interstellar cloud some several million years ago, show the emergence of young, hot stars within it, illustrate (by the pulsing, which is a graphic only) the intense UV radiation emanating from the central stars, and end with the finger-like remnants of the original cloud that are now being evaporated by the oncoming radiation.

Bi-Polar Outflow
The wind of a protostar tends to form bipolar jets perpendicular to its disk. Eventually, the area is swept clean around the newborn star.

Evolution of a 1-Solar-Mass Star
Born from an interstellar cloud, a young star gradually sweeps away surrounding dust and debris, revealing a genuine star like our Sun. Only in old age does the star change its appearance, first becoming a red giant and then leaving a white dwarf star at its core.

Bipolar Planetary Nebula: A Giant Star Swallows its Companion
A dumbbell-shaped, bipolar planetary nebula forms in a double star system when one member expands and engulfs its companion. This creates a thick disk that constricts the out-flowing stellar envelope, forcing the gas to escape along narrow lobes above and below the disk. Such a dumbbell pattern is seen in many planetary nebulae.

Formation of Knots in Helix Nebula
Standard models predict that gaseous knots seen in the Helix Nebula should expand and dissipate within a few hundred thousand years. However, dust particles within each gas ball might collide and stick together, snowballing to planet-sized bodies over time. The resulting objects would be Earth-sized copies of the frigid, icy planet Pluto. These icy worlds would escape the dead star and presumably roam interstellar space forever.

H-R Diagram Tracks Stellar Evolution
A plot of luminosity and temperature allows us to follow the evolution of a 1-solar-mass star, from birth to death. Motion of the data point on the plot is roughly proportional to the time spent by the star at each stage.

Formation of Helix Nebula
Planetary nebulae like the Helix Nebula form when the star is in the later stages of its life, when it ejects shells of gas into space. This "planetary nebula" formation happens in stages where, toward the end of the process, a faster moving shell of gas ejected off the doomed star collides with slower-moving gas released ten thousand years before.

Death of the Sun Part I
In nearly 5 billion years, our Sun will evolve to the red-giant phase, eventually ending its normal nuclear-burning cycle. Its core will contract, as its atmosphere and interior recede. Some of the terrestrial planets will likely be engulfed.

Death of the Sun Part II
The evolution of our main-sequence Sun to its red-giant stage would cause the daytime sky to change dramatically. Earth itself would also greatly change - the oceans would boil, the atmosphere would escape, the land would burn, and life would end.

Shockwave hitting the ring around supernova 1987a
The explosion of supernova 1987A illuminated a preexisting ring of gas which encircled the doomed star. Debris hurled into space, moving at 1/10 the speed of light, created a shockwave which is now beginning to hit the ring, causing it to heat up and glow again.

Composition and structure of the ring of supernova 1987a
This computer model shows the three-dimensional structure and orientation of the three rings of glowing gas surrounding supernova 1987A. The rings are tilted such that one ring is in front of the supernova debris and the other ring is behind it. The smaller, yellow ring is an extension of the star’s equator and so is in the same plane of sky.

Recurrent Nova
Matter can transfer between members of binary star systems. An accretion disk forms when gas from a red dwarf star is pulled toward a companion white dwarf. When the disk overloads, matter builds up on the surface of the white dwarf and ignites, blowing off hot gas. Such nova outbursts recur periodically as the disk becomes re-established many times.

Hubble As Black Hole Hunter
This animation shows a normal spiral galaxy and then zooms into the core of the galaxy, which is the site of a super massive black hole. A disk of hot gas and dust orbit the black hole, and the velocity of the disk is a direct measure of the mass of the black hole. A source of fuel is needed to create the disk , which has been assumed to be gas that has fallen into the center of the galaxy near the black hole. The gas will form into a rapidly rotating disk. Each individual gas particle will spiral slowly toward the black hole in the center.

Black Hole Geometry
Both isolated stellar black holes as well as much larger ones at the cores of active galaxies are surrounded by rapidly swirling accretion disks and display bipolar jets of gas. Here, we travel up to and over the central black hole.

Cepheid Star in Distant Galaxy
The pulsation period of a Cepheid variable star can be used to infer the absolute luminosity of that star -- and thus to determine the distance to the star. This "yardstick" then provides an estimate of the distance from Earth to the distant galaxy housing the Cepheid star.

Collision of Two Spiral Galaxies
This computer-generated simulation shows the collision of two spiral galaxies. Tidal forces and galactic rotation cause the galaxies to cast off stars and gas in the form of long, thin "tidal tails" similar to those observed in the collision of real galaxy pairs. As the galaxies pass by one another, their disks become distorted, forming prominent bars and spiral features. The mutual gravitational attraction of the galaxies swings them around and causes them to fall back and merge into a single object.

Galaxy Formation Simulation
This supercomputer simulation illustrates the growth of galaxies in the early universe through the collision and merger of smaller clusters of stars. This simulation shows a "bottom-up" theory of galaxy formation, in which large galaxies arise from the merger of smaller objects. This theory is supported by Hubble Space Telescope observations which show possible pieces of galaxies before they began to assemble into larger objects.

The Big Dipper Zoom
This sequence of still images demonstrates that a small, relatively empty-looking portion of the sky is actually filled with hundreds of galaxies when viewed at the faintest limits of current-day telescopes, about 30th magnitude. This faint threshold reveals objects which are less than a billionth the brightness of the faintest stars that can be seen by the human eye. The image was taken by the Hubble Space Telescope which focused on this region of the sky for ten consecutive days.

Proof of Black Hole In Galaxy M84
This animation shows the differential rotation of matter around a super-massive black hole in the core of a spiral galaxy. Because of the black hole's concentrated mass, gas dust and stars swirl around it in a whirlpool -- the closer to the black hole, the faster the orbit.

Black Hole in Galaxy M32
The video illustrates the motion of stars caught in the gravitational field of a three-million solar mass black hole in the core of nearby galaxy M32. Stars swarm around the black hole like angry bees around a hive. Hubble’s Faint Object Spectrograph was able to zoom into the central light-year of M32, providing five times higher spatial resolving power than the best ground-based observations. The projected velocities of the stars in the galaxy were measured, and their three-dimensional motion was then reconstructed using state-of-the-art computer models.

M32 is a small companion galaxy of the great galaxy in the constellation of Andromeda . Because of its proximity, only 2.2 million light years away, M32 has long been intensively studied with the best ground-based telescopes. The velocities of the stars near its nucleus suggested the presence of a black hole as early as 1984. In 1992 Hubble observations measured a bright peak or "cusp" of starlight that independently suggested that the stars were concentrated around a black hole. The Hubble measurements of the stellar motions have further strengthened the evidence for this conclusion. The animation is based on computer simulations and Hubble Space Telescope Observations of M32. These were reported in the February 13, 1997 issue of Nature Magazine by Roeland van der Marel (Institute for Advanced Study, Princeton, NJ) and co-investigators Tim de Zeeuw (Leiden University, the Netherlands), Hans-Walter Rix (University of Arizona) and Gerald Quinlan (Rutgers University, NJ). The team further includes Nicolas Cretton (Leiden University), Steinn Sigurdsson (Cambridge U, UK) and Lars Hernquist (University of California at Santa Cruz). The calculations were done in part on the Cray T3D Supercomputer of the Pittsburgh Supercomputing Center.

Quasar Animation
This animation shows the birth of a quasar in the core of a normal spiral galaxy. Quasars are among the most baffling objects in the universe because of their small size and prodigious energy output. Quasar’s are not much bigger than Earth’s solar system but pour out 100 to 1,000 times as much light as an entire galaxy containing a hundred billion stars. A super massive black hole, gobbling up stars, gas and dust is theorized to be the "engine" powering a quasar. Most astronomers agree that an active black hole is the only credible possibility to explains how quasars can be so compact, variable, and powerful. Nevertheless, conclusive evidence has been elusive because quasars are so bright they mask the environment where they live. High resolution pictures from the Hubble Space Telescope show that quasars can reside in normal galaxies. This means a quasar might be a short-lived phenomenon in a galaxy’s existence, and may have been a very common phenomenon in the early life history of a galaxy.

Active Galaxy
Most active galaxies have two main characteristics:

  1. Bipolar jets that expel matter outward at high speeds over thousands of light- years.
  2. A central, spinning, accretion disk thought to house a super massive black hole.

Spectroscopy can be used to study the dynamics of the disk, as depicted here by spectral Doppler Shifts, based on recent Hubble observations of the M87 active galaxy in Virgo.


A 'spectacular' flare coincided with the gravitational waves

Both LIGO, which consists of two gravitational-wave detectors in the US, as well as its Italian counterpart, Virgo, sensed the disturbances in space and time in May 2019. Just a few days after, telescopes at the Palomar Observatory near San Diego observed a bright flash of light coming from the same spot in the cosmos.

As the Caltech researchers later looked back through archival footage of that region of the sky, they spotted the flare-up. The light had slowly faded over a month. The timeline and location lined up with LIGO's observations.

"This supermassive black hole was burbling along for years before this more abrupt flare," Matthew Graham, a professor of astronomy at Caltech and the study's lead author, said in the release. "In our study, we conclude that the flare is likely the result of a black hole merger, but we cannot completely rule out other possibilities."

The researchers did, however, rule out the possibility that this light came from routine explosions in the supermassive black hole's accretion disk. That's because the disk was relatively calm for the 15 years before this recent flare-up.

"Supermassive black holes like this one have flares all the time. They are not quiet objects, but the timing, size, and location of this flare was spectacular," Kasliwal said.


Could The Large Hadron Collider Make An Earth-Killing Black Hole?

Every time we push the frontiers of knowledge, it comes with a risk, and it comes with the prospect of a reward. The risks are many: failure to find anything new, futility of the experiment to function as designed, and even the possibility of damage and destruction if things go awry. But the rewards can be tremendous, including the unlocking of new knowledge, the development of new technologies, and the advancement of the entire human enterprise of science.

One of the places that personifies all of this is the Large Hadron Collider (LHC) at CERN, where we've begun colliding protons at the highest energies ever achieved in a particle accelerator. A few years ago, we broke the old record — 2 TeV (tera-electron-Volts, or 10^12 eV), which was set at Fermilab — by accelerating each particle up to 3.5 TeV and smashing them into one another, achieving 7 TeV of total energy. This discovery enabled us to not only create huge numbers of a great many elusive, fundamental particles (like the top quark, as well as the W-and-Z bosons), but enabled us to discover a brand new fundamental particle and last undiscovered particle in the standard model: the Higgs boson.

Image credit: Fermilab / Fermi National Accelerator Laboratory.

U pgrades to the LHC now enable us to reach somewhere between (depending on whom you ask) 13-and-14 TeV of total energy. If we’re really lucky, the sheer number of collisions at these tremendous energies, combined with the incredible detectors we have in place, may allow us to create and discover never-before-seen particles in this laboratory. Of course, that hasn’t stopped the usual suspects from making incredible (and completely non-credible) claims, such as:

While the first two are just bad science reporting, the third one is a common fear that’s reared its ugly head time and time again, and has no basis in reality.

So what’s the big idea, and how do we know it’s wrong? Découvrons-le.

Image credit: Fermilab Today, via . [+] http://www.fnal.gov/pub/today/archive/archive_2012/today12-02-10_ExtraDimensionsReadMore.html.

There are a number of theories that predict the existence of extra dimensions. Not merely the three spatial and one time dimension we know to be present in our four-dimensional spacetime, but at least une additional spatial dimension that exists in our Universe. While we can’t quite access those dimensions at the energies we’ve probed, it’s conceivable that at scales that are smaller than those we’ve examined — which corresponds to higher energies — these extra dimensions exist.

And if these extra dimensions exist, one theoretical possibility is that it might be possible to create tiny, miniature, microscopic black holes!

Crédit image : NASA/JPL-Caltech.

If we could do this, this would be an incredible feat of technology, of science, and an amazing piece of evidence that would change our understanding of the Universe forever. Of course, however, you say the words “black holes” and people immediately get this catastrophic picture of something sucking in all sorts of matter, progressively eating the protons, neutrons and electrons that make up our world, and eventually destroying the entire thing.

This is not possible . In fact, there are three reasons we connaître this is not possible. Let’s go over them one at a time.

Image credit: Pierre Auger Observatory, via http://apcauger.in2p3.fr/Public/Presentation/.

1.) If these miniature black holes exist, the Earth has been getting hit by them for billions of years, and it’s still here.

Sure, we’ve never created particles of this energy in a laboratory settingbefore. But at the very highest of energies — energies more than a hundred million (100,000,000) times greater than what we create at the LHC — particles smack into Earth constantly: the great cosmic rays that bombard us from all directions in space.

Cosmic Ray Flux (particles per area) versus Energy (in electron-Volts, highest energies correspond . [+] to

10^12 electron-Volts corresponds to energy in LHC collisions). Image credit: Boyle, P.J. arXiv:0810.2967 adapted from Cronin et al.

These black holes, if they exist, would have been bombarding Earth (and toutthe planets) for the entire history of our Solar System, as well as the Sun, and there is absolutely no evidence that any body in our Solar System ever became a black hole or got eaten by one.

But maybe, you’ll object, these objects were moving too quickly, and so they’ll simply pass through the Earth, eating too little matter to remain inside, and pass through to intergalactic space. Well, if that’s your objection, perhaps this second reason-why-this-is-impossible will help you out.

Image credit: Aurore Simonet.

2.) If you fais create a miniature black hole, they will decay, via Hawking Radiation, on ridiculously small timescales.

If there are extra dimensions, it is conceivable that they could be of a specific type allowing the (again, very rare, but plausible) formation of a microscopic black hole. This black hole will have, at most, a mass equal to the energy of the proton-proton collision, or up to 13-to-14 TeV. That corresponds, via E=mc^2, to a mass of just 5 x 10^-20 grams, and most likely less.

But, even if you have extra dimensions of the right scale, and of the right type, et you make this black hole, you still have a problem: it’s unstable. Due to the laws of quantum mechanics, this black hole is going to decay by a process known as Hawking radiation. For a black hole of mass 5 x 10^-20 grams, the decay time in Trois dimensions would be about 10^-83 seconds, which is not even enough time to exist! For physics to be meaningful, we need a time of about 10^-43 seconds or longer. Translated into black hole mass, we’d need it to be at least 0.00002 grams to have even a chance of existing.

In four dimensions, however, especially if the “extra” one is large, the decay time goes all the way up to 10^-23 seconds. Oh, joy. To overcome the expected decay of this miniature black hole, you have to throw out the known laws of physics. These laws are so well-established that it’s inconceivable that they’d be wrong — it would be like waking up tomorrow and seeing the Sun rise in the west.

But, for argument’s sake, let’s assume there are some new laws of physics that we haven’t conceived of yet that could make these black holes stable. So you make a black hole — a tiny one — at rest with respect to Earth’s center, and it doesn’t decay. Could it eat the Earth? And if so, how fast would that happen? This brings us to our third and final objection, and remember: we’ve already allowed you to throw out the known laws of physics twice to get to this point.

Image credit: NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University), and J. Guillochon (University of . [+] California, Santa Cruz).

3.) You can compute the rate at which a black hole eats matter, and it’s not even close to being as small as the lifetime of our planet.

We like to think of black holes as “sucking” in matter, but the truth of the matter is, they can only interact with it gravitationally. At a mass of

5 x 10^-20 grams, that gravitational force it exerts is incredibly weak: all it can manage to do is pass into the Earth’s center and out again, hoping for a collision with an elementary particle as it does so. While the black hole’s cross-section is tiny, the cross-section of a proton (or neutron) is pretty large, and so we can assume — for the sake of argument — that every time the black hole strikes a proton or neutron, it absorbs it.

Image credit: CERN / ATLAS experiment, via http://atlas.ch/photos/events-simulated-black-hole.html.

Assuming it eats every proton, neutron, or electron that it comes in contact with — and also taking into account its gravity, to see what it attracts — it will eat about 66,000 protons and neutrons per second. Of course, 66,000 protons-and-neutrons is a tiny amount in terms of mass: 1.1 x 10^-25 grams. That rate-of-growth will be constant until the black hole becomes quite large only at about one billion metric tonnes will the black hole will start to grow faster than this rate, as it takes that long for its cross-section to increase. Capturing 66,000 nucleons per second, how long will it take to get the black hole up to even one kilogram ? Three trillion years , which is much longer than the lifetime of the Sun or even the age of the Universe.

Image credit: NASA / WMAP science team.

So even if you make a black hole, and even if the laws of physics that we know are wrong and it lives forever, it is encore harmless. No matter how many of the laws of physics you throw out, revise or tweak, the Earth will still be okay.

Image credit: NASA / Apollo 17.

So take heart! We’re all set to probe the frontiers of physics, to increase our knowledge and understanding of the Universe, and to do it in a totally safe way. Any fears you may have concerning our planet getting eaten by a black hole are completely irrational , and now — armed with the scientific knowledge of why — you can rest easy. The world is safe. At least, from physics.


Voir la vidéo: Simulation Reveals Spiraling Supermassive Black Holes (Janvier 2023).