Les plus grands objets dans l'Univers sont les trous noirs.
Contrairement aux planètes ou aux étoiles, ils n'ont pas de limite de taille
et peuvent croître à l'infini. Cependant, des évènements spécifiques doivent se produire
pour créer différents types de trous noirs, des plus petits aux plus grands de l'Univers.
Alors, comment se développent les trous noirs
et quelle est la taille du plus grand d'entre eux?
Nous ne parlerons pas du fonctionnement des trous noirs ou de leur formation,
cela est expliqué en détail dans nos vidéos sur les trous noirs et les étoiles à neutrons,
vous pourrez y jeter un oeil par la suite. Pour l'instant, cherchons
le plus grand objet dans l'Univers.
Commençons vraiment, vraiment petit.
Les trous noirs primordiaux, le plus petit type de trous noirs, existent peut-être.
S'ils existent, ce sont probablement les objets les plus anciens de l'Univers,
même plus vieux que les atomes.
Ils se seraient formés juste après le Big Bang,
lorsque l'Univers était si dense en énergie dévastatrice,
que n'importe quelle petite poche légèrement plus dense
que ses voisines pouvaient produire un trou noir.
Le plus petit trou noir primordial qui pourrait encore exister
serait d'environ un billion de kilos,
la masse d'une grande montagne.
Pourtant, il ne serait pas plus gros qu'un proton.
Un trou noir primordial avec la masse de la Terre
serait à peine plus gros qu'une pièce de monnaie.
Cela les rend très difficiles à trouver, nous n'en avons donc pas encore observé.
S'ils existent, ils pourraient même être la mystérieuse
matière noire qui maintient les galaxies ensemble.
Passons aux types de trous noirs qui existent avec certitude:
les trous noirs stellaires
Pour faire un trou noir, il faut compresser suffisamment de matière
pour qu'elle s'effondre sur elle-même.
Après cela, plus nous lui lançons de masse, plus il devient gros.
Dans l'Univers présent, seuls les événements cosmiques les plus violents
peuvent créer les conditions nécessaires,
comme la fusion d'étoiles à neutrons,
ou l'effondrement du noyau d'une étoile très massive en supernova.
Pour avoir une unité avec laquelle travailler ici, nous utiliserons
la masse du Soleil, environ 2 millions de milliards de milliards de kilos.
Le plus petit trou noir connu a 2,7 fois la masse du soleil, ce qui correspond
à une sphère d'environ 16 km de diamètre assez grande pour couvrir Paris.
Un autre trou noir peu massif est le compagnon de V723 Mon, une géante rouge.
Cette étoile est 24 fois plus grosse que le Soleil: 30 millions de kilomètres de diamètre.
Pourtant, elle tourne autour d'un petit trou noir d'à peine 17,2 km de large.
Cette petite chose tyrannisant l'étoile est tellement plus petite,
qu'elle n'apparaît pas sur une image comparative.
L'un des plus grands trous noirs stellaires connus est M33 X-7.
Il passe actuellement son temps à grignoter une géante bleue de 70 masses solaires.
Alors que toute cette matière volée tourbillonne vers le trou noir,
comme de l'eau qui coule dans un égout, la friction la chauffe suffisamment
pour briller 500 000 fois plus que le Soleil !
Et X-7 n'est "que" 15,65 plus massif que ce dernier,
pour une largeur de 92km, juste assez grand pour projeter une ombre sur la Corse.
Pour devenir beaucoup plus gros, les trous noirs doivent dévorer beaucoup d'étoiles,
ou mieux, fusionner les uns avec les autres.
Les instruments qui permettent de détecter ces fusions sont très récents,
nous découvrons donc actuellement beaucoup de choses passionnantes,
tels que deux trous noirs massifs détectés dans une galaxie à 17 milliards d'années-lumière.
Alors qu'ils tournaient violemment l'un autour de l'autre,
ces deux trous noirs libéraient plus d'énergie sous forme
d'ondes gravitationnelles que la lumière combinée de toutes
les étoiles de la Voie lactée en 4400 ans.
Le nouveau trou noir qu'ils ont formé
a à peu près la taille de l'Allemagne et équivaut à 142 masses solaires.
Nous atteignons à présent un curieux écart de taille.
Il y a beaucoup de trous noirs ayant jusqu'à 150 masses solaires. Et puis plus rien,
jusqu'à tomber soudainement sur des trous noirs des millions de fois plus massifs.
Ceci est un peu déroutant, car nous supposons que les trous noirs grandissent constamment.
Mais pour les trous noirs les plus massifs, ce processus n'est pas assez rapide
pour expliquer leur existence aujourd'hui.
L'Univers n'est pas assez vieux pour que ces trous noirs supermassifs se soient formés
en mangeant des étoiles et en fusionnant les uns avec les autres.
Quelque chose d'autre a dû se passer.
Pour expliquer l'existence des plus grands trous noirs de l'Univers,
nous pourrions avoir besoin des plus grandes étoiles qui aient jamais existé:
les Quasi-étoiles.
Pour avoir une idée de grandeur, comparons-les aux plus grandes étoiles qui existent aujourd'hui.
Notre Soleil est comme un grain de sable à côté d'elles.
Nous ne savons pas si les Quasi-étoiles ont réellement existé,
mais c'est un concept intéressant lorsqu'il s'agit
de surcharger le développement des trous noirs.
L'idée est que la matière dans l'Univers primitif était si dense
que les Quasi-étoiles pouvaient atteindre des milliers de fois la masse du Soleil.
Leur noyau aurait pu être écrasé sous leur propre poids,
au point de s'effondrer dans des trous noirs,
alors qu'elles étaient encore en train de se former.
Contrairement aux étoiles d'aujourd'hui qui se détruiraient dans le processus,
à l'intérieur des quasi-étoiles, un équilibre mortel pouvait émerger.
La gravité a compressé l'étoile supermassive, alimentant le trou noir et chauffant la matière
y tombant à un degré tel, que la pression de rayonnement a maintenu l'étoile stable.
Ainsi, ces trous noirs à croissance rapide pourraient avoir consommé
la Quasi-étoile pendant des millions d'années pour devenir bien plus gros
que n'importe quel trou noir stellaire actuel.
Des trous noirs des milliers de fois la masse du Soleil et plus larges que la Terre.
Ces trous noirs pourraient être devenus les graines de trous noirs supermassifs.
À présent, passons aux rois de notre Univers, les plus gros corps qui existent.
Le centre de la plupart des galaxies contient
un trou noir supermassif, et il est monstrueux.
Dans la Voie lactée, nous avons Sagittarius A*, un trou noir supermassif
d'environ 4 millions de masses solaires, qui est calme, serein et qui fait son job.
Nous savons qu'il se trouve là, parce que nous pouvons voir
des étoiles tourner autour d'un endroit apparemment vide.
Malgré sa masse incroyable, son rayon n'est que 17 fois supérieur au Soleil.
Il est plus petit que la plupart des étoiles géantes, mais des millions de fois plus massif.
Parce que ces trous noirs sont si massifs et situés au centre des galaxies,
beaucoup les imaginent un peu comme le Soleil et le système solaire.
Une ancre qui rassemble tout objet autour d'elle et le force à orbiter.
Mais c'est une idée fausse.
Alors que le Soleil représente 99,86% de toute la masse du système solaire,
les trous noirs supermassifs ne représentent généralement
que 0,001% de la masse de leur galaxie.
Les milliards d'étoiles dans les galaxies ne sont pas gravitationnellement liées à eux,
c'est plutôt l'effet gravitationnel de la matière noire qui les maintient ensemble.
De nombreux trous noirs supermassifs ne sont pas de doux géants,
surtout lorsqu'ils se nourrissent des nuages ​​massifs de leur galaxie.
Celui au centre de la galaxie BL Lacertae dévore tellement de matière
qu'il produit des jets de plasma accélérés à presque la vitesse de la lumière.
Si la Terre était en orbite autour de cet énorme corps,
il semblerait 115 fois plus grand que le Soleil dans le ciel…
et nous serions brûlés en quelques secondes par son disque d'accroissement ardent.
À ce stade, les trous noirs deviennent si gros
que les étoiles semblent ridiculement petites à côté d'eux.
La galaxie Cygnus A a un trou noir supermassif de 2,5 milliards de masses solaires
et 14,7 milliards de km de large.
S'il prenait la place de du Soleil, il engloutirait toutes les planètes et s'étendrait à mi-chemin
jusqu'à la lisière de notre système solaire.
Il dévore tellement de masse et de matière qu'il transforme son disque
en une sorte d'entonnoir magnétique, crachant du gaz
en forme d'énormes lobes radio dominant la galaxie,
d'un demi-million d'années-lumière de diamètre.
Cela représente 2,5 fois la Voie lactée en largeur.
Un autre trou noir supermassif plutôt grand se trouve dans la galaxie Messier 87.
Avec 6,5 milliards de masses solaires,
il a été le premier trou noir dont nous avons eu une vraie photo,
ou plutôt une image de gaz incandescent autour d'une ombre menaçante.
Cette sphère de ténèbres est si grande qu'elle couvre tout notre système solaire.
Et pourtant, il y a un ordre de grandeur encore au-dessus de ce genre d'objets...
Les trous noirs ultramassifs
Nous abordons maintenant les trous noirs les plus massifs,
peut-être les plus grands corps uniques qui n'existeront jamais.
Ces trous noirs ont tellement mangé
qu'ils ont atteint des dizaines de milliards de masses solaires,
leur gravité étant le moteur d'un "quasar",
un disque d'accrétion brillant plus fort que des milliers de galaxies pleines d'étoiles.
Ils sont si massifs qu'ils méritent un titre: les trous noirs ultramassifs.
Le trou noir ultramassif au centre de la galaxie OJ 287
est 18 milliards de fois plus gros que le Soleil.
Il est si grand qu'il a un trou noir supermassif, près de quarante fois plus grand que Sagittaire A*,
en orbite autour de lui! Cette chose défie l'imagination
et est vraiment difficile à comparer à quoi que ce soit.
Il peut accueillir confortablement trois systèmes solaires côte à côte en son sein.
Mettons fin à cette compétition insensée et parlons du roi des rois.
TON 618, un trou noir que nous pouvons observer en train
de consommer des quantités astronomiques de matière,
brille de l'éclat de cent mille milliards d'étoiles,
et est visible à 18 milliards d'années-lumière.
Il a une masse incroyable de 66 milliards de fois celle du Soleil.
Il est si gros qu'il faudrait à la lumière une semaine
pour atteindre la singularité après avoir franchi l'horizon des événements.
Environ 11 systèmes solaires pourraient s'y installer côte à côte.
C'est peut-être le plus grand corps de l'Univers.
Mais en réalité, il est probablement encore plus grand.
Puisque TON 618 est si loin, nous voyons seulement
à quoi il ressemblait il y a 10 milliards d'années.
Dans tous les cas, les trous noirs sont effrayants, mystérieux et gigantesques.
Ils seront là après que tout le reste soit mort, et deviendront de plus en plus gros.
Ok, reprenons depuis le début.
Du plus petit trou noir possible, jusqu'au plus grand.
Essayons quelque chose de nouveau aujourd'hui, appelons-le
"les coulisses des mensonges" un "behind the scenes"
sur les inexactitudes nécessaires dans cette vidéo,
car il n'est vraiment pas possible de classer
les trous noirs comme des cartes à collectionner.
Comment ça? Eh bien, nous avons catalogué des millions d'étoiles,
mais nous n'avons vraiment de données fiables
que sur quelques dizaines de trous noirs.
C'est parce que l'observation de ceux-ci était peu courante jusqu'à il y a 50 ans
et techniquement, c'est toujours le cas, car nous ne pouvons pas les voir.
On ne peut déduire leurs propriétés qu'en étudiant leurs effets gravitationnels
sur la matière qui les entoure, comme l'orbite des étoiles qui s'en approchent.
Cet effet dépend de la masse du trou noir, que nous pouvons déterminer
au niveau le plus élémentaire, grâce aux lois de Kepler.
Mais cela s'accompagne d'énormes incertitudes et marges d'erreur.
Ensuite, nous devons convertir la masse en taille,
ce qui apporte de nouvelles incertitudes.
Par exemple, nous avons calculé le rayon à partir de la masse
en utilisant l'équation de Schwarzschild
qui, par souci de simplicité, suppose que les trous noirs
sont parfaitement ronds et ne tournent pas:
une sorte de trou noir qui n'existe pas vraiment.
La réalité est que la physique à ces échelles est un peu floue.
Ainsi, certains des trous noirs de cette vidéo peuvent être plus petits ou plus gros.
Nous ne savons tout simplement pas.
Nous avons contourné ce problème en comparant différentes sources
avec différents types de valeurs et en utilisant différents calculs de masse pour arriver
à une liste standardisée nous permettant d'être aussi précis que possible humainement.
Vous pouvez regarder tout cela dans notre document source.
En conséquence, ce script a été écrit avec les larmes d'experts
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Dans ce processus, des tonnes de choses ont été coupées et n'ont pas été évoquées.
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couvrant toute la gamme de produits, du plus dingue au plus sérieux.
De cette façon, nous explorons un sujet sous différents angles,
et vous continuez à vous amuser avec les trous noirs à la fin de cette vidéo.
Sous-titres: M. Wautier