Quelle est la chose la plus étonnante de l’univers?

Quelle est la chose la plus étonnante de l’univers?

Observations made with the European Southern Observatory’s Very Large Telescope in Chile have revealed for the first time that a star orbiting the supermassive black hole at the center of the Milky Way moves just as predicted by Einstein's theory of general relativity. Its orbit is shaped like a rosette and not like an ellipse as predicted by Newton's theory of gravity. This effect, known as Schwarzschild precession, had never before been measured for a star around a supermassive black hole. This artist's impression illustrates the precession of the star's orbit, with the effect exaggerated for easier visualization.
Les observations faites avec le très grand télescope de l’Observatoire européen austral au Chili ont révélé pour la première fois qu’une étoile en orbite autour du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée se déplace comme le prédit la théorie d’Einstein de la relativité générale. Son orbite a la forme d’une rosette et non d’une ellipse comme le prédit la théorie de la gravité de Newton. Cet effet, connu sous le nom de précession de Schwarzschild, n’avait jamais été mesuré auparavant pour une étoile autour d’un trou noir supermassif. L’impression de cet artiste illustre la précession de l’orbite de l’étoile, avec un effet exagéré pour une visualisation plus facile.

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et au Flatiron Institute, animateur de Ask a Spaceman and Space Radio, et auteur de «How to Die in Space». Il a contribué cet article à Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.
L’aspect peut-être le plus puissant de la physique – et peut-être même la chose la plus étonnante du cosmos dans son ensemble – est l’universalité des lois et des théories physiques.
Quelques équations rares – assez petites pour tenir sur votre T-shirt préféré – peuvent expliquer une variété de phénomènes d’un bord à l’autre de l’univers, et des premiers moments du Big Bang à un avenir insondable. Voyons à quel point la physique moderne peut être puissante.

Jeux de gravité

La théorie générale de la relativité d’Albert Einstein est notre théorie moderne du fonctionnement de la gravité: la matière et l’énergie courbent l’espace-temps, et à son tour la courbure de l’espace-temps indique à la matière comment se déplacer. Le calcul est un peu complexe: il faut une suite de 10 équations interdépendantes pour décrire toutes ces flexions, déformations et déplacements. Mais ces équations contiennent un pouvoir énorme.

Par exemple, à la limite de la faible gravité, les équations d’Einstein se réduisent aux expressions plus familières de la gravité newtonienne, qui est utilisée pour tout expliquer, des trajectoires des balles de base lancées aux barrages hydroélectriques. Au-delà de la surface de la Terre, Einstein prend plus de contrôle, où les équations de relativité sont utilisées pour fournir un positionnement précis avec le système GPS et prédire avec précision les orbites de toutes les planètes.

Ces mêmes équations, sans une seule modification, continuent à de plus grands exploits, révélant l’existence de trous noirs et de leur fonctionnement, la croissance des plus grandes structures de l’univers, la présence de matière noire à l’intérieur des galaxies et le Big Bang lui-même.

Tout cela à partir d’un ensemble de 10 équations, couvrant à la fois l’espace cosmique et le temps cosmique – montrant en effet que l’univers a un âge fini en premier lieu.

Énergies nucléaires

Lorsque les physiciens ont commencé à déchiffrer le code nucléaire dans les années 40, ils ne se doutaient pas que leurs machinations finiraient par ouvrir un des mystères les plus perplexes de l’astronomie: le fonctionnement des étoiles. Avant cette époque, les scientifiques avaient essayé toutes sortes de tentatives pour réconcilier l’âge de la Terre révélé par la géologie et la paléontologie (des milliards d’années) avec toutes les méthodes physiques connues pour garder le soleil brûlant si vivement. En règle générale, ces tentatives ont échoué lamentablement, même les meilleures explications n’atteignant que quelques millions d’années.

Mais la physique nucléaire était un tout nouveau jeu de balle, et une fois que les physiciens ont trouvé les conditions nécessaires pour allumer la fusion nucléaire (à savoir, des pressions, des températures et des densités incroyablement élevées), ils ont réalisé que de telles conditions ne sont pas toujours d’origine humaine (à l’intérieur du nucléaire). bombes et réacteurs) mais se retrouvent dans la nature même: au cœur des étoiles.

La fusion nucléaire de l’hydrogène est la façon dont les étoiles s’alimentent pendant des milliards d’années, et les équations que les physiciens utilisent pour comprendre ce processus sont exactement les mêmes qu’elles utilisent pour transformer les réactions nucléaires en énergie utilisable. Du plus petit des atomes à la plus grande des étoiles, la physique nucléaire – un nouveau venu dans le monde de la physique – unit le cosmos de manière surprenante.

Lois du mouvement

Mais vous n’avez pas besoin d’utiliser des équations ésotériques de relativité ou des calculs compliqués de réactions nucléaires pour découvrir l’universalité de la physique. Cela peut être aussi simple et direct que, disons, un accident de voiture.

Lorsque deux véhicules entrent en collision, les lois de conservation de l’énergie et de l’élan s’appliquent: la quantité totale d’énergie et d’élan avant la collision doit être égale à la quantité totale d’énergie et d’élan après la collision. À l’aide de ces simples déclarations, les enquêteurs peuvent reconstituer le lieu de l’accident, déterminer quel conducteur était en faute et ce qui a conduit à la collision.

Et les voitures ne sont pas la seule chose dans l’univers qui se brisent ensemble.

Collision d’étoiles. Fusion de galaxies. Mélange de nuages ​​de gaz. Il est rare de trouver un article en astronomie ou en physique qui ne mentionne pas, en quelque sorte, la conservation de l’énergie et de l’élan. Les scientifiques utilisent ces principes pour comprendre à peu près tout dans le cosmos.

Pourquoi ce nuage de gaz rayonne-t-il de l’énergie? Conservation de l’énergie et de l’élan. Pourquoi cette étoile à neutrons change-t-elle sa vitesse de rotation? Conservation de l’énergie et de l’élan.

Que se passera-t-il lorsque ces galaxies entreront en collision? Conservation de l’énergie et de l’élan.

La prochaine fois que vous subirez un accident de voiture, prenez un moment pour réfléchir à l’élan et à la façon dont il s’applique à tout l’univers, où que vous soyez.