Les trous noirs n'existent pas comme nous les concevions

  • Forum
  • Le 10 février 2014

  • Martin LaSalle

Les trous noirs ne sont pas tout à fait comme on les avait imaginés, selon Stephen Hawking. (Illustration: NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital)Le 24 janvier, la revue Nature publiait un article coiffé du titre « Il n'y a pas de trous noirs : Stephen Hawking1 ». Il n'en fallait pas plus pour susciter la controverse dans le monde de la physique...

 

Mais qu'en est-il vraiment?

Dans un texte bref qu'il a déposé sur un site d'archives de prépublication d'articles scientifiques nommé Arxiv, Stephen Hawking propose une théorie pour expliquer le fonctionnement des trous noirs susceptible de réconcilier les principes de la théorie de la relativité générale et ceux de la mécanique quantique.

Pour mieux saisir le propos de Stephen Hawking, Forum a interviewé Robert Lamontagne, astrophysicien au Département de physique de l'Université de Montréal et directeur du télescope de l'Observatoire du Mont-Mégantic.

Qu'est-ce qu'un trou noir?

« Selon la théorie de la relativité générale d'Einstein, le trou noir est une sorte d'aspirateur central cosmique qui avale tout ce qui se trouve dans son giron et qui ne laisse rien s'échapper. Il n'émet aucun rayonnement », décrit M. Lamontagne.

Comme il n'est pas visible et qu'il n'a pas de frontières à proprement parler, le trou noir est défini d'un point de vue classique par une région appelée « horizon des évènements », c'est-à-dire une région de l'espace d'où rien ne peut sortir.

Robert Lamontagne« Au-delà de cet horizon, la matière et la lumière circulent librement, mais, dès que la frontière immatérielle de cet horizon est franchie, la matière devient prisonnière du trou noir de même que la lumière », mentionne-t-il.

Toutefois, si l'on recourt à la mécanique quantique pour décrire un trou noir, alors les principes de la thermodynamique doivent s'appliquer. Dans cette description, un trou noir émet des particules sous forme de rayonnements et, ultimement, il finit par s'évaporer. C'est Stephen Hawking lui-même qui a fait cette prédiction dans les années 70.

« En poussant le raisonnement de Stephen Hawking jusqu'au bout, on a conclu que, s'il y a évaporation, il doit exister une frontière à l'horizon des évènements, un lieu de transition entre l'intérieur et l'extérieur du trou noir, dit M. Lamontagne. On a proposé qu'une enveloppe très énergétique, un pare-feu, devait brûler la matière. »

Or, ce scénario pose problème : si ce pare-feu existait, on devrait pouvoir le voir. De plus, l'existence même d'un pare-feu autour du trou noir est incompatible avec la théorie de la relativité générale.

Trouver le Graal

Bien qu'elles fonctionnent parfaitement dans leurs champs respectifs, les deux grandes théories de la relativité générale (une théorie de la gravitation) et de la mécanique quantique (une description du monde microscopique) ne sont pas universelles : ni l'une ni l'autre ne parvient à elle seule à expliquer le fonctionnement des trous noirs.

« Le Graal serait de trouver LA théorie qui unirait les deux autres, lance Robert Lamontagne. Et Stephen Hawking est donc revenu à la charge avec une nouvelle proposition. »

Grossièrement, il suggère que, si le pare-feu n'est pas visible, c'est parce que sa position fluctue sans cesse et rapidement. « Il indique, et c'est purement hypothétique, que le tissu de l'espace et du temps est en ébullition et qu'on ne peut définir où il se trouve », ajoute M. Lamontagne.

En somme, comme on ne peut changer les principes de la mécanique quantique ni ceux de la relativité générale, Stephen Hawking propose de modifier légèrement la description des trous noirs.

D'où son assertion selon laquelle les trous noirs n'existent pas tels qu'on les conçoit, qu'ils ne sont pas tout à fait comme on les avait imaginés.

Dans un trou noir « près » de chez nous

Dans notre Galaxie, les trous noirs sont moins nombreux que ce que les films de science-fiction laissent croire. Le plus gros trou noir près de nous se situe au centre de la Voie lactée. Il est à quelque 30 000 années-lumière de la Terre.

Sa masse fait environ un million de fois celle du Soleil et il occupe un espace équivalant à notre système solaire.

« On ne peut le voir directement en raison de son éloignement, mais on l'a repéré grâce à des effets qu'on a pu observer avec différents moyens technologiques : il dévie constamment la trajectoire des étoiles dans son voisinage », souligne l'astrophysicien de l'UdeM.

D'ailleurs, en 2014, un immense nuage de gaz amorcera sa chute vers ce trou noir « près » de chez nous.

« D'un point de vue astronomique, ce sera extrêmement intéressant, car nous en aurons pour 10 ou 20 ans à pouvoir scruter le phénomène », signale Robert Lamontagne.

Martin LaSalle

 

1. Traduction libre du titre de l'article de Zeeya Merali, « Stephen Hawking : There are no blackholes », Nature, 24 janvier 2014.