Par leur nom même, les trous noirs respirent le mystère. Ils sont inobservables, incontrôlables et, plus de 50 ans après leur première prédiction de 1916, inconnus. Les astronomes ont depuis lors trouvé des traces de trous noirs dans notre univers, y compris un supermassif au centre de notre propre Voie Lactée. Pourtant, il reste encore beaucoup d’inconnues sur ces énigmes cosmiques, y compris ce qu’il advient des choses qu’ils aspirent avec leur gravité titanesque.
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Il y a cinquante ans, le physicien John Wheeler a contribué à populariser le terme "trou noir" en tant que description des restes effondrés d'étoiles supermassives. Selon Wheeler, qui a inventé et popularisé plusieurs autres termes astronomiques célèbres tels que "trous de ver", la suggestion a été faite par un membre du public lors d'une conférence d'astronomie où il parlait, après avoir utilisé à plusieurs reprises l'expression "objets collapsés par gravitation pour décrire le système cosmique". géants.
«Eh bien, après avoir utilisé cette phrase quatre ou cinq fois, quelqu'un dans l'auditoire a dit:" Pourquoi ne l'appelez-vous pas un trou noir? " Alors j'ai adopté ça », a déclaré Wheeler à l'écrivain scientifique Marcia Bartusiak.
Wheeler donnait un nom à une idée initialement explorée par Albert Einstein 50 ans plus tôt, dans sa théorie influente de la relativité générale. La théorie d'Einstein a montré que la gravité résultait de la distorsion de l'espace et du temps provoquée par la masse des objets. Tandis qu'Einstein lui-même refusait de reconnaître la possibilité de trous noirs, d'autres physiciens utilisaient ses bases pour étoffer les monstres galactiques. Le physicien J. Robert Oppenheimer, célèbre dans le domaine des bombes atomiques, a surnommé ces corps "étoiles gelées" en référence à un élément clé décrit par le physicien Karl Schwarzschild peu après la publication de sa théorie par Einstein.
Cette caractéristique était "l'horizon des événements": la ligne entourant un trou noir auquel il devient impossible de s'échapper. Un tel horizon existe parce que, à une certaine distance, la vitesse requise par tout atome pour rompre avec la gravité du trou noir devient supérieure à la vitesse de la lumière - la limite de vitesse de l'univers. Après avoir traversé l'horizon des événements, on pense que toute la matière qui vous compose est déchirée violemment par d'intenses forces gravitationnelles et finalement écrasée au point de densité infinie située au centre du trou noir, ce qui s'appelle une singularité. Pas vraiment une façon agréable d'aller.
Cette explication détaillée de la mort par trou noir est cependant théorique. La gravité intense des trous noirs déforme le passage du temps au point que, pour les observateurs extérieurs au trou noir, les objets qui y tombent semblent ralentir et se "figer" près de l'horizon des événements, avant de disparaître tout simplement. (Ce qui semble beaucoup plus agréable.)
En d’autres termes, malgré l’importance de cet horizon, les scientifiques n’ont jamais prouvé directement son existence. Et à cause de la difficulté de trouver même des trous noirs (car la lumière ne peut y échapper, ils sont invisibles pour la plupart des télescopes), et encore moins les observer, il n'y a pas eu beaucoup de chances d'essayer. En l'absence de preuves convaincantes, certains astrophysiciens ont émis l'hypothèse que certains des objets que nous appelons les trous noirs pourraient être radicalement différents de ce que nous croyons, sans singularité ni horizon d'horizon. Au lieu de cela, ils pourraient être des objets froids, sombres, denses avec des surfaces dures.
Ce scepticisme au sujet des trous noirs a commencé à attirer son propre scepticisme, cependant, alors que les télescopes finissaient par capturer des trous noirs dans l’acte d’extraordinaire. Au cours des sept dernières années, "les gens ont commencé à voir des étoiles tomber dans des trous noirs", explique Pawan Kumar, astrophysicien à l'Université du Texas à Austin, où Wheeler a d'ailleurs enseigné la physique théorique pendant une décennie. "Ce sont des choses très très brillantes qui peuvent être vues à des milliards d'années-lumière de distance."
Un plus grand nombre de ces déglutitions étoilées lumineuses et relativement rapides ont depuis été observées. L'année dernière, Kumar a décidé que ces émissions lumineuses constitueraient un bon test pour prouver l'existence de l'horizon des événements. "La plupart des gens de la communauté ont supposé qu'il n'y avait pas de surface dure", a déclaré Kumar. Cependant, souligne-t-il, "en science, il faut faire attention. Vous avez besoin de preuves."
Ainsi, en 2016, Kumar et son collaborateur Ramesh Narayan, du Centre d'astrophysique Harvard-Smithsonian, ont travaillé pour calculer les effets attendus si une étoile avalée par un trou noir entrait en collision avec une surface dure. Cela ressemblerait à casser un objet contre un rocher, dit Kumar, en créant une énergie cinétique intense qui serait émise sous forme de chaleur et de lumière pendant des mois, voire des années.
Pourtant, une analyse des données du télescope sur trois ans et demi n'a révélé aucun cas des signatures lumineuses calculées par lui-même et Narayan ne seraient libérées si les étoiles heurtaient un trou noir à surface dure. Sur la base de la probabilité, les chercheurs avaient prédit qu'ils auraient dû trouver au moins 10 exemples au cours de cette période.
Kumar qualifie cette recherche, publiée cette année dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society, de "bonne étape" pour prouver l'existence de l'horizon des événements. Mais ce n'est pas encore tout à fait la preuve. Un trou noir de surface dure pourrait théoriquement encore exister dans les calculs de son étude. Mais le rayon de cette surface devrait être situé à environ un millimètre du rayon de Schwarzschild du trou noir, ou le point auquel la vitesse nécessaire pour en échapper à la gravité serait égal à la vitesse de la lumière. (Notez que le rayon de Schwarzschild n’est pas toujours identique à un horizon d’événements, car les autres objets stellaires ont également une gravité).
"Les limites que ce papier pose sur le rayon d'une surface solide possible - 4 millièmes de pour cent en dehors du rayon de Schwarzschild pour un objet compact supermassif - sont impressionnantes", déclare Bernard Kelly, un astrophysicien de la NASA qui n'a pas participé à cette recherche.
Kumar a déjà des recherches en cours pour réduire cette limite encore plus, au point où il serait presque certain qu'aucun trou noir à surface dure ne pourrait exister. Ce serait pour lui une preuve fiable que les trous noirs traditionnels sont le seul type de trous noirs qui occupent notre univers. "Si c'est terminé, à mon avis, cela fermera le terrain", a déclaré Kumar. "Nous aurons des preuves solides que la théorie d'Einstein est juste."
