0
Suivez-nous
En 1974, un brillant physicien de 32 ans a publié un article d’à peine deux pages dans la revue Nature – et a fait exploser l’une de nos hypothèses fondamentales sur les trous noirs.
Selon la théorie de la relativité d’Einstein, trous noirs sont si massifs que rien, pas même la lumière, ne peut échapper à leurs griffes. Selon cette logique, les trous noirs ne devraient croître qu’à mesure que l’univers vieillit, dévorant la matière proche ou fusionnant avec d’autres trous noirs pour finalement atteindre des échelles supermassives.
Mais quelques années avant la publication de son article fondateur, Hawking avait étudié comment mécanique quantique – les lois étranges qui régissent les particules subatomiques – auraient un impact sur la croissance et l’évolution des trous noirs. S’appuyer sur les travaux d’un physicien théoricien Jacob Bekensteinil a combiné la relativité générale, les lois de la thermodynamique et la physique quantique relativement simple pour en déduire que les trous noirs rayonnent d’infimes quantités de chaleur.
Dans son livre populaire de 1988 « Une brève histoire du temps », Hawking affirmait que cela était dû au fait que des paires de particules « virtuelles » apparaissent et disparaissent dans tout l’univers, s’anéantissant au contact. Parfois, cependant, un membre de la paire émergeait juste à l’extérieur de l’horizon des événements d’un trou noir, tandis que l’autre se trouvait juste à l’intérieur de cette limite. L’un tomberait, tandis que l’autre s’échapperait, emportant avec lui un tout petit peu de chaleur. Au fil du temps, cette perte de chaleur, ou rayonnement, rétrécirait le trou noir, entraînant une augmentation de sa gravité superficielle. Cela, à son tour, amènerait le trou noir à accélérer le rayonnement, conduisant à son évaporation éventuelle, éventuellement par explosion.
(En fait, des recherches ultérieures ont montré que l’explication particule-antiparticule est extrêmement simplifiée, et le rayonnement Hawking apparaît en fait à la suite de l’accélération d’un observateur proche de l’horizon des événements d’un trou noir..)
Pour les trous noirs ayant la masse du soleil ou plus, l’évaporation par ce que l’on appelle désormais le « rayonnement de Hawking » prendrait plus de temps que l’âge de l’univers, conclut l’étude. Mais Hawking se demandait également si de minuscules trous noirs primordiaux avaient été formés à la nuit des temps à partir de « fluctuations quantiques ». Ces minuscules trous noirs, inférieurs à environ 1 000 milliards de kilogrammes, auraient explosé depuis longtemps, a-t-il conclu.
« Il s’agit d’une explosion assez petite par rapport aux normes astronomiques, mais elle équivaut à environ 1 million de bombes à hydrogène de 1 Mton », a noté sèchement Hawking dans son article.
Le rayonnement de Hawking est rapidement devenu fermement ancré dans la théorie de la physique. Mais cela a également révélé un énorme paradoxe dans la physique des trous noirs : l’évaporation signifiait que les « informations » tombées dans un trou noir étaient perdues à jamais. Cela, à son tour, violerait un principe central de la mécanique quantique : l’information ne peut être ni créée ni détruite. Au cours des quatre prochaines décennies, jusqu’à sa mort en 2018Hawking réduirait le paradoxe de l’information sur les trous noirs.
Lors d’une conférence publique en Suède en 2015, Hawking a réitéré sa proposition selon laquelle l’information peut effectivement s’échapper d’un trou noir, éventuellement via un trou de ver.
« Les trous noirs ne sont pas aussi noirs qu’ils sont peints. Ce ne sont pas les prisons éternelles qu’on pensait autrefois », Hawking a dit. « Les choses peuvent sortir d’un trou noir à la fois à l’extérieur et éventuellement dans un autre univers. »
Après sa mort, certains de ses collaborateurs ont publié une série d’articles qui semblait résoudre le paradoxe; l’information n’est pas perdue une fois qu’elle entre dans un trou noir, ont-ils postulé, mais elle est régurgitée.
Et en 2024, les physiciens ont proposé un moyen de le retrouver : les informations englouties par un trou noir partiraient des traces dans de subtiles ondulations dans l’espace-temps entourant ces monstres cosmiques. Ces ondulations se révéleraient dans les ondes gravitationnelles que nous détectons déjà à l’aide d’observatoires massifs.
Les scientifiques n’ont pas encore trouvé de preuves directes d’explosions de trous noirs ou de trous noirs primordiaux. Mais le télescope spatial James Webb a récemment détecté une ancienne galaxie qui pourrait s’expliquer par trous noirs primordiaux.
