Un trou noir peut-il exister?

En 1939, Robert Oppenheimer et d'autres ont conclu qu'une certaine étoile à neutrons pourrait s'effondrer en trous noirs et qu'aucune loi connue de la physique n'interviendrait. Autant que je sache, il n'y a pas de données d'observation qui montrent qu'il existe un horizon d'événements d'un trou noir.

En supposant qu'il existe un trou noir avec un horizon d'événements, il existe toutes sortes de mathématiques qui expliquent ce qui est observé à l'extérieur, s'approche de l'horizon des événements. On peut expliquer ce qu'un observateur infaillible voit à l'approche de l'horizon des événements. Cependant, ce qui se passe lorsqu'un observateur infaillible passe l'horizon des événements, le résultat est une absurdité mathématique, en ce sens que l'observateur observerait l'univers en dehors de l'horizon des événements comme au-delà de "la fin des temps".

Il semble que le passage à travers un horizon d'événements soit aussi absurde mathématiquement qu'un objet avec une masse non nulle atteignant et dépassant la vitesse de la lumière, car cela nécessiterait plus d'une quantité infinie d'énergie dans cette dernière, ou plus qu'une quantité infinie de temps dans l'ancien.

Ainsi, un horizon d'événements peut-il même "exister" en premier lieu, si "existant" signifie dans les limites de tout moment après le big bang et avant une quantité infinie de temps à partir de n'importe quel point de l'univers.

Il semble que l'existence de trous noirs semble être bien acceptée, cependant plus rapidement que le voyage de lumière ne le fait pas dans la compréhension actuelle de la physique de la relativité.

Il existe des preuves que les trous noirs et leurs horizons d'événements existent.

La principale preuve des trous noirs de masse stellaire provient des observations de la dynamique des systèmes binaires. Ce qui a été trouvé, pour au moins 20 systèmes binaires, est que l'étoile optiquement visible a un compagnon sombre, qui est généralement plus massif et plus massif que ce qui peut être supporté comme une étoile à neutrons ou toute autre configuration dégénérée ( et surtout - voir Narayan & McClintock (2014) pour une excellente revue accessible).$>3M_{\odot}$$>5M_{\odot}$

Les trous noirs supermassifs au centre des galaxies peuvent également être "pesés" en utilisant la dynamique du gaz, ou dans le cas de notre Galaxie, en regardant les étoiles en orbite autour de quelque chose qui doit avoir une masse de , mais est remarquablement compact et émet peu ou pas de rayonnement.$4.4\times10^{6}M_{\odot}$

Les preuves des horizons d'événements sont plus circonstancielles, mais pas absentes. Dans tous les cas, l'absence de preuves ne serait pas une preuve d'absence - les horizons des événements sont difficiles à prouver; ils sont petits et éloignés, avec des signatures d'observation insaisissables. L'absence d'horizon des événements ne pouvait être compensée qu'en inventant quelque chose d'encore plus bizarre qu'un trou noir.

L'argument le plus convaincant pour un horizon d'événements se trouve dans les sources qui s'accumulent à partir de leur environnement, soit dans un système binaire, soit au centre des galaxies (voir Narayan et McClintock 2008; lire en particulier la section 4) . Dans certaines circonstances, le flux d'accrétion peut devenir radiativement inefficace (sombre), auquel cas on s'attend à ce que si le flux d'accrétion atteint une "surface", il rayonne fortement son énergie cinétique en se thermalisant à l'impact. D'un autre côté, un horizon d'événement de trou noir peut avaler de tels écoulements sans laisser de trace. La prédiction est que, dans leurs états bas, les accréteurs de trous noirs transitoires seront beaucoup moins lumineux que leurs homologues des étoiles à neutrons, et c'est ce qui est trouvé (par un facteur de 100).

Une autre preuve est que les binaires des étoiles à neutrons au repos montrent une émission thermique chaude, supposée provenir de la surface de l'étoile à neutrons. Aucun n'a été vu depuis les binaires du trou noir. Des salves de rayons X de type I sont observées dans les binaires des étoiles à neutrons, provoquées par une accumulation de matière et une inflammation nucléaire subséquente à leur surface. Les candidats au trou noir ne montrent pas ces éclats. Le taux d'accrétion sur le trou noir supermassif au centre de la Galaxie devrait produire un rayonnement thermique sur n'importe quelle "surface" qui serait tout à fait visible dans la partie infrarouge du spectre. Aucune détection de ce type n'a été effectuée.

Toutes ces observations sont mieux expliquées si le trou noir n'a pas de surface et peut simplement faire disparaître l'énergie accrétée à l'intérieur de son horizon d'événements. Narayan et McClintock concluent que ces éléments de preuve sont "imperméables aux contre-arguments qui invoquent une forte gravité ou des étoiles exotiques".

Depuis que cette question a été posée, nous avons observé l'ombre d'un trou noir et son disque d'accrétion , et il se comporte de la manière prévue par nos modèles .

En tant que tel, il semblerait que les trous noirs et leurs horizons d'événements existent.