Les trous noirs nous semblent être quelque chose de lointain, dont ils font parfois des films ou écrivent dans des livres. Nous pensons rarement à ce qui se passerait si un trou noir miniature d'un millimètre de diamètre apparaissait à la surface de notre planète. À propos de cela - dans notre matériel.
Il existe une idée fausse très répandue associée aux trous noirs: ce sont des sortes d'aspirateurs spatiaux qui consomment tout ce qui se trouve dans leur environnement. Bien sûr, ils "se nourrissent", mais leur estomac est petit. Le problème n'apparaît pas lorsqu'ils « mangent », mais lorsqu'ils « vomissent » après trop de dîner. C'est ça qui fait vraiment peur.
C'est en fait un peu plus compliqué. Sur la base du fait que le rayon d'un trou noir est proportionnel à sa masse, certains calculs peuvent être effectués. Tout d'abord, révisons certaines des bases.
Qu'est-ce qu'un trou noir
Un trou noir est une région de l'espace dans laquelle la gravité est si forte que même la lumière ne peut pas la quitter. La force de gravité là-bas fait que le tissu même de l'espace-temps se plie et se verrouille sur lui-même. Tout cela est dû à la compression de la matière - le plus souvent, ce sont les restes d'une étoile massive - au sein d'une région extrêmement petite.
En fait, nous ne pouvons pas voir les trous noirs car la lumière ne peut pas en sortir. Il s'avère que pour sortir du trou noir, tout objet doit développer une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière, qui, à son tour, se déplace à une vitesse de 299 792 458 mètres par seconde. A titre de comparaison: la vitesse d'échappement pour surmonter la gravité terrestre n'est que de 11,2 kilomètres par seconde. Cependant, si nous devions lancer une fusée depuis une planète qui a la masse de la Terre, mais avec la moitié du diamètre, alors la vitesse de fuite serait de 15,8 kilomètres par seconde. Même si l'objet avait la même masse, la vitesse d'échappement serait plus élevée en raison de sa plus petite taille et, par conséquent, de sa densité plus élevée.
Et si nous rendions l'objet encore plus petit ? Si nous comprimons la masse de la Terre dans une sphère d'un rayon de neuf millimètres, la vitesse de fuite atteint la vitesse de la lumière. Si cette masse est comprimée dans une sphère encore plus petite, alors la vitesse d'échappement dépassera la vitesse de la lumière. Mais puisque la vitesse de la lumière est la limite cosmique de la vitesse, rien ne peut quitter cette sphère.
Le rayon auquel la masse a une vitesse de fuite égale à la vitesse de la lumière est appelé rayon de Schwarzschild. Tout objet plus petit que son rayon de Schwarzschild est un trou noir. En d'autres termes, tout objet dont la vitesse d'échappement est supérieure à la vitesse de la lumière est un trou noir. Pour fabriquer un tel objet à partir du Soleil, il devra être comprimé dans un rayon d'environ trois kilomètres.
Un trou noir a deux parties principales: la singularité et l'horizon des événements. La taille de l'horizon des événements d'un trou noir est considérée comme sa taille car elle peut être calculée et mesurée.
L'horizon est également considéré comme un "point de non-retour" à proximité d'un trou noir. Ce n'est pas une surface physique, mais une sphère entourant une singularité qui marque une frontière dont la vitesse de fuite est égale à la vitesse de la lumière. Le rayon de cette zone est le rayon même de Schwarzschild.
Dès que la matière est au-delà de l'horizon des événements, elle commence à tomber vers le centre du trou noir. Avec une gravité si forte, la matière est comprimée en un point - un volume incroyablement petit d'une densité folle. Ce point est une singularité. Elle est négligeable et, selon les modèles théoriques modernes, a une densité infinie. Il est tout à fait possible que les lois de la physique que nous connaissons soient violées à une singularité. Les scientifiques étudient activement cette question afin de comprendre ce qui se passe aux singularités, ainsi que de développer une théorie complète décrivant ce qui se passe au centre d'un trou noir. Faisons quelques calculs
Voyons ce que nous pouvons apprendre sur un trou noir d'un millimètre. Selon les calculs, un tel trou noir avec un rayon de Schwarzschild aura une masse de 7 x 10 ^ 23 kilogrammes - plus de cinq masses de la Lune (selon la formule R = 2MG / c ^ 2, où R est le rayon de Schwarzschild, M est la masse de l'objet, G est la constante gravitationnelle et c est la vitesse de la lumière).
Le rapport de la Terre au Soleil est de trois parties pour un million. Ainsi, si la Terre devenait un trou noir, son rayon ne serait que de neuf millimètres. Par conséquent, un trou noir d'un millimètre aurait une masse de 11% de la masse de la Terre. Nous aurions certainement des problèmes avec les 11% de masse supplémentaire sur la planète.
Il suffit même que la gravité totale de la Terre augmente sensiblement. Cette gravité supplémentaire aurait été suffisante pour changer l'orbite de la Lune, de sorte qu'elle puisse simplement sortir de son orbite actuelle et commencer à se déplacer sur une orbite elliptique.
Où est ce trou noir imaginaire - à la surface, au centre de la Terre, ou tourne autour de lui ? Supposons qu'il se trouve à la surface de la planète. La zone de son influence gravitationnelle serait d'environ un tiers du rayon de la Terre - environ 2124 kilomètres.
Toute la matière à proximité immédiate de ce trou noir microscopique ressentirait immédiatement une forte gravité, et le trou, à son tour, absorberait tout sur le chemin du centre de la Terre, qu'il atteindrait en 42 minutes environ à partir du moment où il est apparu. Il aurait traversé le noyau de la Terre et aurait atteint l'autre côté de la surface de la Terre à peu près au même moment.
Si un trou noir apparaissait à la surface avec une vitesse relative inférieure à 12 km/s, il tournerait autour de la planète bleue ainsi que de son aire gravitationnelle. En termes simples, il s'agit de la destruction de la croûte terrestre et de la majeure partie de son manteau. Et si c'est encore plus simple, cela signifie la mort de tous les êtres vivants à la surface de la Terre.
Taux d'accrétion et limite d'Eddington
La majeure partie de la masse terrestre autour du trou noir deviendra de la nourriture et sera accrété par celui-ci. Avant de tomber dans un trou noir, cependant, tout ce matériau devra perdre son moment angulaire - c'est pourquoi il commencera à tourner autour de lui, formant un disque d'accrétion.
Ce matériau produit beaucoup de chaleur, qui finira par être rayonnée. Le rayonnement a une pression qui ralentira davantage l'accrétion. Ces deux effets s'équilibrent - c'est ce qu'on appelle la limite d'Eddington.
La limite d'Eddington impose également une limite stricte au degré d'accrétion d'un trou noir. Un petit disque d'accrétion aurait très probablement une température d'environ six mille Kelvin - à peu près la même que celle du noyau de la Terre ou de la surface du Soleil.
Certains processus de friction se produiraient entre le disque d'accrétion et la masse de la Terre, à la suite desquels un trou noir microscopique s'installerait au cœur de la planète.
Mort dans un trou noir
En tout, il faudrait cinq milliards d'années pour qu'un tel trou noir engloutisse la Terre. Cela augmenterait considérablement la masse de la Terre. Et, bien sûr, cela créerait immédiatement un désordre complet sur la planète, qui en quelques heures seulement se transformerait en un morceau spatial inhabité de croûte effondrée, de lave, de gaz chauds et de tout le reste.
La vie deviendrait impossible, et la masse élevée du trou noir pourrait détruire la ceinture d'astéroïdes. Ceci, à son tour, pourrait conduire à de fréquentes collisions dans le système solaire pour le prochain million d'années. La lune continuerait de tourner autour de la Nouvelle Terre (trou noir), mais sur une orbite elliptique très allongée.
Le trou noir ne se déplacerait pas immédiatement vers le centre de la Terre, mais au contraire, il tournerait autour de lui pendant un certain temps, mais à la fin il y arriverait. Comprendre comment ce trou noir microscopique augmenterait en masse nécessite des calculs et des simulations complexes.
Tout cela peut être résumé par les mots du célèbre astrophysicien et vulgarisateur de la science Neil DeGrasse Tyson: « La mort la plus spectaculaire de l'Univers est, bien sûr, de tomber dans un trou noir. Où d'autre dans l'Univers pouvez-vous perdre votre vie à cause du fait que vous avez été déchiqueté en atomes ?"