Explosions de trous noirs

Je parcourais YouTube et j'ai observé cette vidéo agréablement produite . Dans ce document, en décrivant le comportement d'un trou noir avec la masse d'un nickel américain, le narrateur dit: "Ses 5 grammes de masse seront convertis en 450 térajoules d'énergie, ce qui conduira à une explosion environ trois fois plus grande que la des bombes sont tombées sur Hiroshima et Nagasaki réunies. "

De toutes les choses amusantes illustrées ici, c'était celle dont je ne comprenais pas la prétention. Les trous noirs explosent-ils après avoir rayonné toute leur masse? Ou bien «l'explosion» proviendrait-elle simplement du rythme rapide auquel le trou noir consommerait la matière voisine?

Le googling que j'ai fait jusqu'à présent n'a fourni aucune réponse ferme. Le plus proche que je suis venu est de la page Wikipedia sur Hawking Radiation , qui déclare: «Pour un trou noir d'une masse solaire, nous obtenons un temps d'évaporation de 2,098 × 10 ^ 67 ans - beaucoup plus long que l'âge actuel de l'univers à 13,799 ± 0,021 x 10 ^ 9 ans. Mais pour un trou noir de 10 ^ 11 kg, le temps d'évaporation est de 2,667 milliards d'années. C'est pourquoi certains astronomes recherchent des signes d'explosion de trous noirs primordiaux. "

Certains autres sites Web font référence à la dernière "explosion" du trou noir supermassif de la Voie lactée il y a environ 2 millions d'années, mais est-ce le même mécanisme mentionné sur la page Wikipedia? Ou la vidéo YouTube, d'ailleurs?

Merci d'avance. =)

black-hole explosion

— musasabi
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Juste pour être clair, «l'explosion» du trou noir supermassif est quelque chose de différent. Ce sont des jets d'énergie provenant de la matière qui tombe. Ce n'est pas le véritable trou noir qui explose, mais la matière en spirale, devient très chaude et libère de l'énergie avant de tomber à l'intérieur du trou noir.

— userLTK

C'est pour ça que je pensais que la vidéo ne faisait probablement pas référence à des "frottements" ou plus du matériel consommé.

— musasabi

Réponses:

Ce dont parle cette vidéo, c'est Hawking Radiation, comme vous l'avez lié. Hawking Radiation est un moyen hypothétique proposé (en aucun cas vérifié ou prouvé) pour un trou noir de rayonner son énergie dans l'espace. L'idée de base est qu'un trou noir n'est rien d'autre que de la masse / énergie compressée à un point infinitésimal, qui rayonne son énergie dans l'espace au fil du temps. Pour les grands trous noirs (tels que la masse solaire ou plus gros), ce processus de rayonnement est minuscule et le temps nécessaire pour fuir toute l'énergie du trou noir dans l'espace (et donc pour que le trou noir "s'évapore") est extrêmement long. Cependant, pour les petits trous noirs, le temps de rayonnement de toute l'énergie du trou noir est extrêmement court.

Vous pouvez calculer le temps qu'il faudra pour qu'un trou noir de masse s'évapore (et libère toute sa masse / énergie) avec l'équation $m$

t_{ev} = \frac{5120 π G^{2} m^{3}}{ℏ c^{4}} = (8.41 \times 10^{- 17} s {k g}^{- 3}) m^{3}

$t_{\text{ev}} = \frac{5120\pi G^2 m^3}{\hbar c^4} = (8.41\times 10^{-17}\:\mathrm{s}\:\mathrm{kg}^{-3})\:m^3$

Pour , vous obtenez . Maintenant, cela signifie que dans ce minuscule temps, le trou noir irradiera toute sa masse / énergie et s'évaporera complètement. Mais la sortie de toute l'énergie dans 5 g de masse est une énorme sortie. Mettre 450 térajoules d'énergie dans n'est en fait qu'une explosion. Vous pouvez déterminer la production totale d'énergie à partir de la célèbre équation $m = 5\:\mathrm{g}=0.005\:\mathrm{kg}$ $t_{\text{ev}} \simeq 4\times10^{-19}\:\mathrm{s}$ $10^{-19}\:\mathrm{s}$

E = m c^{2}

$E=mc^2$

$m = 0.005\:\mathrm{kg}$ $c = 3\times 10^8\:\mathrm{m/s}$ $E=4.5\times 10^{14}\:\mathrm{J} = 450\:\mathrm{Terajoules}$

Donc, en bref, des calculs hypothétiques (pas même la théorie à ce stade) suggèrent qu'un minuscule trou noir avec la masse d'un nickel exploserait immédiatement dans une énorme quantité d'énergie. La question de savoir si un tel trou noir peut se former, ou si une telle évaporation se produirait / pourrait se produire est encore très débattue et finalement inconnue à ce stade.

— zéphyr
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C'était une réponse brillamment succincte et complète. Je vous remercie! En outre, la faute de frappe a été corrigée. =)

— musasabi

@musasabi En fait, le rayonnement de Hawking n'est peut-être pas aussi hypothétique. Ceci juste en (français) : Un chercheur du Technion en Israël a réussi à produire une version "sonique" d'un trou noir dans un condensat de Bose-Einstein et a montré des ondes qui agissaient comme un rayonnement de Hawking et se comportaient comme prévu, notamment en exposant le quantum effets.

— Iwillnotexist Idonotexist

@IwillnotexistIdonotexist C'est certainement un parallèle intéressant. Je dois me demander si un trou noir "sonique" est suffisamment proche d'un vrai trou noir de telle sorte que le "rayonnement" observé soit le résultat de la même physique. Intéressant néanmoins. Merci d'avoir partagé!

— zephyr

Pour mémoire, le temps d'évaporation est une grandeur statistique. Il s'agit de la valeur attendue d'un processus aléatoire. En principe, il existe une probabilité non nulle qu'un si petit trou noir puisse vivre pendant des milliards d'années. Si un grand nombre d'entre eux ont été fabriqués dans le premier univers, alors on pourrait statistiquement s'attendre à ce qu'il y ait des "explosions" en cours alors qu'ils cessent finalement de gagner à la loterie de survie. Les tentatives pour détecter de tels événements n'ont pas réussi, à ma connaissance.

— zibadawa timmy

-1

Aucun trou noir ne peut exploser, quelle que soit la taille. Il peut irradier de l'énergie en dehors de son horizon d'événements, mais une "explosion" appropriée de l'énergie du trou noir lui-même devrait dépasser la vitesse de la lumière, ce qui n'est pas possible actuellement.

De plus, si un objet a la masse d'un nickel, ce n'est pas un trou noir. Plus précisément, son horizon d'événements est suffisamment petit pour tenir dans sa propre surface, ce qui est vrai pour tous les objets massifs qui ne sont pas des trous noirs. En fait, l'horizon des événements de quelque chose avec la masse d'un nickel est littéralement incommensurablement petit (bien que NON inexistant). Les nickels (et autres objets de masse similaire) n'ont pas suffisamment de gravité pour former un trou noir. Je suppose que vous confondez peut-être "masse" et "taille" ...?

Cependant, s'il existait un processus qui pourrait transformer la masse d'un nickel en énergie qu'il incarne (par E = mc ^ 2), alors oui, ce serait une énorme quantité d'énergie. Le seul processus connu de ce type serait qu'un objet ayant la moitié de la masse d'un nickel interagisse (touche) avec un objet antimatière ayant la moitié de la masse d'un nickel. La masse combinée des 2 objets totaliserait la masse du nickel et libérerait la quantité appropriée d'énergie pure sans laisser de masse.

— Malf
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Si le rayonnement Hawking existe, les trous noirs peuvent libérer de l'énergie, ils peuvent "exploser". Bien qu'il n'y ait aucun mécanisme connu pour former un trou noir avec la masse d'un nickel, il n'y a aucune raison qu'un tel trou noir ne puisse pas exister. Les fluctuations de l'espace-temps dans l'univers très précoce auraient pu produire de petits trous noirs.

— James K

"son horizon d'événements est suffisamment petit pour tenir à l'intérieur de sa propre surface" - dites-moi, comment la surface d'un trou noir est-elle définie?

— user253751

J'aurais pensé que l'horizon des événements est la surface du trou noir?

— Anomalie virtuelle

Malgré le temps qu'il faudrait même à un trou noir de masse solaire pour s'évaporer, il me semble qu'il ne s'évaporerait pas dans une matière linéaire. À mesure que le trou noir devient moins massif, il s'évaporerait plus rapidement, jusqu'à ce qu'il atteigne un trou de taille nickel, qui s'évaporerait alors assez rapidement pour être considéré comme une explosion.

— Howard Miller

@JamesK "Bien qu'il n'y ait aucun mécanisme connu pour former un trou noir avec la masse d'un nickel ..." Eh bien, si les trous noirs s'évaporent, alors tout trou noir avec une masse plus grande qu'un nickel deviendra un tout noir avec le masse d'un nickle à un moment donné :)

— Jason Goemaat