Two nwa (((Trou noir)))

Twou nwa...Woy! twou nwa wi!...twou nwa...Kisak twou nwa a?

Yon twou nwa se yon regyon nan lespas ki konsantre anpil matyè jiskaske li vin twò masif, tèlman li gen mas gravite'l atire tout bagay, menm limyè. Ann eseye konprann ansanm sak twou nwa a.

Ann fè yon ti eksperyans. Si ou mete yon objè ki lou nan mitan yon gran dra elastik ki byen ouvè e ki gen pwent li yo byen mare yon bò chak kote, w'ap wè objè a plonje desann nèt nan mitan dra a. Si objè sa fèt ak anpil matyè, kidonk si li masif anpil, l'ap plonje desann pi ba toujou. Se konsa you twou nwa ye: li tèlman gen matyè ladann ke li pliye espas-tan kote li ye a. Mas li pèmèt li fouye yon trou desann nèt, yon trou san fon e kap vin deplizanpli jis, sere sere; astwonòm yo rele fenomèn sa sengilarite, paske yo konpare'l ak yon structure matematik yo rele enfini, yon expression matematik nou te konn wè lekòl lè n'ap kalkile x = 1/0. Nan équation mathématique sa, ou pap ka jwen yon valeur pou x, donc ou di x = enfini. Nan kilti pa nou, lè nou te konn tire kont leswa, nou te konn pale de ti won san fon, ebyen, yon twou nwa, se yon twou san fon.

Kidonk, twou nwa masif anpil anpil, sa vle di li pwovoke anpil anpil atraksyon gravitasyonèl paske li defòme espas-tan nan antouraj li ak tout bagay ki nan antouraj sa: menm limyè. Tout bagay glise desann vinn jwenn twou nwa a. Kidonk, si menm limyè, ki se bagay ki pi rapid nòmalman nan linivè, paka rive sòti met kò'l deyò, twou sa parèt nwa, e anyen pap ka sòti chape poul li...depi'l rive nan lantouraj li...

Lè ou gen espas-tan an ki pètibe pa yon matyè ki masif anpil konsa, li kreye yon ondulation ki derape de objè sa pou ale byen lwen nan lespas, tankou lè ou lage yon wòch nan dlo e sa kreye onde ke ou ka wè a la surface li. Nan ka espas-tan an, astwonòm yo rele ondulation sa onde gravitationnelle ke tewori relativite jeneral Albert Einstein la te prevwa depi nan lane 1915. Le 14 septembre 2015, yon kolaborasyon 2 laboratwa LIGO te anonse dekouvèt revolisyonè premyè ondes gravitationnelles yo (GW150914), Ozetazini, swa 100 an aprè tewori sa te pibliye. Se te gras a yon kolizyon 2 twou nwa nan yon sistèm binè nan lespas.

Kibò twou nwa yo ye e kijan yo fòme? Twou nwa ka yon rès yon gwo zetwal ki te fini par eksploze lè li te fin transfòme tout matyè li an enèji. Lè li te rive nan limit nwayo li ki te akimile fer, li te rebondi nan lespas an yon explosion yo rele supernova. Rès la rive fòme swa yon zetwal à neutron, swa yon twou nwa si rès aprè explosion an gen yon mas ki omwen 3 fwa mas Solèy la. Ou ka jwenn yon twou nwa supermassif tou nan mitan yon galaksi tou, tankou Vwa Lakte nou an, e astwonòm yo te menm rive fè foto twou nwa sa, Sagittarius A*, nan lane 2022. N'ap repale de sa talè.

Astwonòm yo rekonèt ke yon twou nwa gen sèlman 3 pwopriyete: mas, chaj elektrik ak moman angilè.

Se kantite matyè ki tonbe anndan twou nwa a, kidonk mass li, ki detèmine kantite defòmasyon ki fèt nan espas-tan an jan mwen te di nou talè a. Chaj elektrik la, se kantite charge totale matyè ki rive tonbe anndan'l; e se moman angilè a ki rive fè espas-tan an tòde toutotou yon twou nwa k'ap vire. Apa 3 pwopriyete sa yo, mas, chaj elektrik ak moman angilè, pou tout bagay ki ta rive tonbe nan yon twou nwa tout enfòmasyon pèdi ajamè, kelte konpozisyon, structure oswa istwa yon objè... tout enfòmasyon pèdi! Se poutèt sa, gen yon seri fizisyen ki di puisque se sèlman 3 pwopriyete twou nwa genyen e ke tout enfòmasyon pèdi ajamè, ebyen “twou nwa pa gen cheve”; bon, yo konn fè ti blag yo entre yo ak bagay sa, bon...se moun nou ye tou, fòk nou fè yon ti relax tou!

Talè a nou te pale de singularité, men se pa yon bagay ou ka wè vrèman nan mitan twou nwa a non!

Plis yon objè ap rapwoche'l de yon twou nwa, plis li ta bezwen gen plis vitès d'échappement pou'l ta rale kò'l sòti. An anglè yo rele sa ecsape velocity, sa vledi yon vitès ki ta ka pèmèt li retire tèt li anba gravite twou nwa a. Men, nan antouraj twou nwa a, gen yon zòn kote menm si yon bagay ta rive nan vitès limyè, li pap ka chape, l'ap tonbe kanmèm. Se zòn sa ke syantifik yo rele “orizon evenmam”.

Gen yon kategori orizon evenman ki pa gen ni chaj elektrik, ni moman angilè, e ou ka kalkile dimansyon reyon li, gras ak yon ekwasyon yon potorik gason ki te rele Karl Schwarzschild te fè. Kidonk yo rele zòn sa, ki nan lantouraj twou nwa sa, reyon de Schwarschild. Ekwasyon sa depann de mas la sèlman kòm pwopriyete pou fè kalkil reyon an. [ekwasyon]

Ekwasyon an pa si komplike pase sa. Pou jwenn reyon Schwarschild la (R_S), ou fè jis yon ti fraction kote nan numérateur la ou mete 2 miltipliye par constante universelle de la gravité (G), miltipliye par mas twou nwa a (M_BH); e nan dénominateur la, anba, ou mete yon konstant an fizik ki koresponn a vitesse de la lumière, sa vle di c, ou elve o kare.

Ak yon ekwasyon konsa, depi ou gen mass yon twou nwa, w'ap ka konnen jiskibò orizon evenman li rive. Paegzanp, si li 1 Mas solè, orizon evenman li trouve li a anviwon 3 km de mitan'l. Si li 5 Mas solè, orizon evenman li trouve'l a anviwon 15 km de mitan'l. Si nou ta imajine yon twou nwa ki ta gen Mas Latè, orizon evenman li trouve li a anviwon 1 cm de planèt nou an, e tout Latè tap konprime pou'l ta gen gwosè yon ti mab nou konn wè timoun yo ap jwe nan lakou a. Pa bliye, tout mass twou nwa a konsantre'l nan mitan'l, e ou pap ka wè fenomèn sa vrèman par deyò.

Bon, gen yon lòt kategori twou nwa ki, limenm, an wotasyon, astwonòm yo rele'l twou nwa de Kerr, e li bay kèk ti difikilte nan kalkil yo paske wotasyon sa koze yon dinamik ak yon torsion metrik yo.

Bon, kounyea, ann fè yon ti eksperyans nan lespri nou, jan Einstein te konn di li n a! Ann imajine yon astronot temerè ki ta rive raproche'l de yon twou nwa, jiskaske li rive nan orizon evenman an! Gwo koze wi!

Si wap obsève aventure sa de deyò, komkwa w'ap gade de loin astwonot la kap raproche'l de plizanpli de twou nwa a, w'ap remake ke tan an pase dousman dousman, komsi zegwi ki ta nan mont ki nan bra astwonot la ralanti. Pandansetan l'ap kontinye pwogrese vè twou nwa a. Pa bliye, la, n'ap pale de kijan perspective moun ki par andeyò evenman orizon an wè'l e entèprete'l. Fenomèn nan parèt oralenti komsi astwonot la pap janm rive vre nan singularité a. Orizon evenman an vin tankou yon dekalaj infini vers le rouge kote tout òlòj, montre oswa tan kanpe nèt. Pwen bar!

Men pou astwonot temerè kap rapwoche'l de twou nwa, li ta wè e enteprete fenomèn nan yon lòt jan. Pou li, orizon evenman an pa gen anyen de spesyal: li jis ap tonbe anndan yon twou, lap pral deplizanpli nan fon e de plizanpli vit. Se tankou yon pòt kote depi w antre pa gen sòti pou ou. Bon, pa bliye ke se yon expérience nan lespri nou ke n'ap fè la, sou twou nwa. Paske an reyalite, astwonot la tap gentan fin dechikte depi avan l'antre nan limit orizon evenman an, paske nan zafè twou nwa, se anpil fòs gravitasyonèl k'ap travay! Pa egzanp, pou yon twou nwa ki ta gen 3 fwa mas Solèy la, astwonot temerè sa tap santi yon fòs de mare ki 1 milya fwa pi fò ke sa li te ka santi alasifas Latè. Men sonje tou, menmsi nou fè prediksyon, similasyon nimerik apati de tewori twou nwa, poko janm gen vrè expérience ki fèt sou sa.

Kounyea, ann abòde yon lòt kestyon nan dosye twou nwa sa: kijan ou ta ka rive “wè” yon twou nwa?

Gen yon gwo potorik gason, ki te rele Stephen Hawking, ki te travay anpil sou zafe twou nwa sa. Li te vin ak yon tewori ki eksplike ke twou nwa emèt yon seri de particules, ki ta konstitiye sa syantifik yo rele “rayonnement de Hawking” ki ta sipoze yon sous de radyasyon. Bon, pou byen konprann fenomèn sa fòk ou refere ou a fizik kantik, yon kategori syans fizik ki pa twò fasil pou konprann paske li gen yon apwòch ki diferan de fizik klasik. Fizik kantik fè nou konprann ke nan levid spsyal, gen yon seri de patikil kap kreye poukont yo, spontaneman. Yo rele yo poutèt sa “particules virtuelles”.

Men se par 2 you kreye, yon patikil ak yon anti-patikil, e sa lakoz yo pa ka dire lontan. Nan 10^-21 segond, youn frape ak lòt, e se konsa yo tou disparet nèt. Men nan lantouraj yon twou nwa, akoz de gravite a ki tèlman fò, sa ka rive ke youn nan 2 partikil yo rantre nan orizon evenman e tou al nan singularité a, e se konsa ke li tou disparèt nèt, alòske parèy li, savledi anti-patikil la, vin ret poukont li.

Konprann byen sa m'ap di'w la: si se patikil la ki tonbe nan twou nwa a, anti-patikil la chape, paske yo pap ka kwaze ankò pou youn detwi lòt. Sa syantifik yo rele aniilasyon. Konsa tou, si se te anti-patikil la sa te rive, se patikil la ki tap chape. Enèji gravitasyonèl twou nwa a tou fè patikil vityèl la vin reyèl, paske dire existence li vin plis. Hawking te menm rive demontre ke twou nwa ka emèt sa syantifik yo rele “spectre de Planck”, e tanperati a ka monte si kò twou nwa ta vin pi piti.

Rayònman Hawking sa, se yon fenomèn ki fè astwonòm yo reflechi anpil anpil, menmsi an reyalite li an kantite neglijab, e li pa ka pèmèt ou wè vrèman twou nwa a jan yo ta swete wè'l.

Fason ki pi klè e rerifyab pou wè yon twou nwa, se a travè reyon X ke li ka emèt. Lè astwonòm yo te dekouvri sa, sete yon zetwal binaire ki nan galaksi nou an ki tap bay anpil Reyon X sa. Se nan lane 1972 yo te jwenn rayon X la ki tap sòti nan yon twou nwa nan konstelasyon Cygnus. Yo te tou rele twou nwa sa Cygnus X-1. Binaire sa, se yon zetwal supergéante bleue ki tap vire ansanm ak yon twou nwa otou de yon pwen santral komen.

Gravite twou nwa a te komanse rale matyè sòti nan zetwal la e matyè sa yo te fòme yon disk akresyon otou de li. Matyè sa yo te tèlman vin cho yo tap bay reyonman X, ke astwonòm yo rive dekouvri gras ak aparèy yo. Fòk nou konprann byen, se pa twou nwa a dirèkteman astwonòm yo wè, men limyè ki sòti nan antouraj li, nan disk akresyon an k'ap chofea. Pa bliye, depi yon matyè ta travèse orizon evenman an, pa gen okenn limyè k'ap sòti!

Nan sèten ka, gras ak chan magntik ki ka nan zòn twou nwa a, gen yon van ki ka leve sou chak bò disk akresyon an. Astwonòm yo te obsève yon fenomèn konsa nan kèk sistèm binè kote van sa yo ka menm rive nan vitès 32 milyon km/h, swa kanmenm 3% vitès limyè!

Resaman, nan lane 2019 ak 2022, yon ekip syantifik ki rele “Event Horizon Telescope”, te menm rive fè foto 2 twou nwa, sak nan galaksi M87 la, ak sa ki nan galaksi pa nou an, Sagittarius A*, nan mitan Vwa Lakte a. Biensur, kounya ou ka konpran ke se pa singularité a ke yo fotografye, paske li pa bay limyè pou fè foto, se pito limyè ki sòti nan lantouraj li, arebò orizon evenman an. Men se yon exploit technologik ki enpòtan anpil anpil, ki pral pèmèt nou pi byen etidye twou nwa, paske jiska prezan bagay yo poko fin klè nèt. Se pa pou anyen non ki fè yo rele'l twou nwa, andeyò du fait ke li pa bay limyè. Tout sa yo kalifye de nwa toujou bay difikilte pou konprann yo, kelte twou nwa, matyè nwa, enèji nwa, oswa Ayisyen.

Société Haïtienne d'Astronomie