En tant que sujets de recherche, les trous noirs n’ont jamais été aussi lumineux.
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Mais dans les années 1970, le physicien de renom Stephen Hawking déclara qu’il les trouvait vexants. Bien qu'il ait accepté la sagesse courante selon laquelle les trous noirs étaient complètement noirs, ses équations montraient qu'ils émettaient des particules, émettant une faible lueur que nous appelons maintenant le rayonnement de Hawking. «J'ai donc déployé beaucoup d'efforts pour tenter de supprimer cet effet embarrassant», a-t-il déclaré. "Mais plus j'y pensais, plus il refusait de partir."
Le 18 avril, au Sanders Theatre de l’Université de Harvard, Hawking a donné une conférence pour inaugurer une nouvelle initiative de recherche Black Hole qui sera basée à l’université en partenariat avec le Centre astrophysique Harvard-Smithsonian.
Cet effort a pour but de déterminer le comportement de ces entités et le mystère hallucinant de ce qui se passe lorsque vous vous aventurez à l'intérieur d'eux.
La nouvelle initiative, dirigée par l'astrophysicien Avi Loeb de Harvard, met un point d'exclamation sur ce qui a déjà été un très bon siècle pour les trous noirs. En février dernier, l'observatoire d'interféromètre laser (LIGO) a signalé la première détection d'ondes gravitationnelles, confirmant ainsi une prédiction essentielle de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. Ces ondulations dans l'espace-temps ont été déclenchées par la collision lointaine de deux trous noirs, chacun quelques dizaines de fois plus lourds que le Soleil.
Ce signal offrait peut-être la preuve la plus tangible à ce jour que de tels objets bizarres existent réellement. Mieux encore, cela a montré qu'ils évoluaient comme les scientifiques l'avaient calculé. «LIGO a ouvert une nouvelle fenêtre dans notre univers», a déclaré Hawking à Harvard. "Avec plus de détections attendues, je suis enthousiasmé par la possibilité de nouvelles découvertes."
«Si vous sentez que vous êtes dans un trou noir, n'abandonnez pas. Il y a une issue, a plaisanté le cosmologue Stephen Hawking après avoir inauguré une nouvelle initiative Harvard-Smithsonian. (SAO / CfA) Mais autant que les trous noirs attirent l'attention, avec leurs propriétés étranges maintenant reconnues, la propre histoire de Hawking reflète le chemin sinueux que ces objets ont emprunté pour y parvenir.
De nombreux orateurs ont rappelé qu’en 1915, Einstein avait présenté pour la première fois sa théorie de la relativité générale, un récit de la réalité dans lequel l’espace-temps s'affaisse autour d’objets massifs. Moins d'un mois après la dernière conférence d'Einstein à l'Académie de Berlin, l'astronome Karl Schwarzschild a proposé la première solution complète aux équations d'Einstein.
Ce triomphe est venu avec une note de bas de page troublante: la solution impliquait l'existence d'une petite sphère d'espace dans laquelle rien, pas même la lumière, ne pouvait s'échapper. Einstein, impressionné par l'ingéniosité mathématique de Schwarzchild, doutait néanmoins qu'une telle chose puisse être autre chose qu'une expérience de pensée. Schwarzchild l'a supposé aussi. C'était «clairement pas physiquement significatif», écrit-il dans un article de journal.
Aujourd'hui, nous reconnaissons que ces soi-disant «sphères magiques» peuvent exister et existent. Nous savons, par exemple, que chaque galaxie qui se respecte a une base. Mais le même schéma se répète à maintes reprises dans l'histoire du trou noir, une saga racontée également par l'écrivain scientifique Marcia Bartusiak dans son livre de 2015 Black Hole . Lorsque les physiciens s’aventurent à proximité de ce sujet, ils ont tendance à se laisser entraîner par des problèmes épineux et inattendus qui défient toute explication facile.
Comme les trous noirs eux-mêmes, le rayonnement de Hawking est maintenant accepté. Mais même aujourd’hui, son idée principale, exprimée dans une équation qui relie la surface d’un trou noir à l’information emprisonnée à l’intérieur, continue de semer le trouble. «Les trous noirs obéissent à une équation très élégante et simple», a déclaré Andrew Strominger, physicien qui collabore avec Hawking et rejoindra la nouvelle initiative. «Nous n'avons aucune idée de ce que cela signifie. Cette équation est aussi source de confusion que Einstein l'était dans les années 1930 à propos de la solution de Schwarzschild. ”
Résoudre cette énigme pour expliquer comment les trous noirs enregistrent des détails sur la matière qu’ils avalent est un objectif majeur de l’initiative Harvard-Smithsonian. Parmi les autres questions en suspens, citons l’origine des trous noirs massifs vus dans l’univers lointain sous forme de quasars brillants, et la manière dont les trous noirs géants façonnent les galaxies qui les orbitent.
Loeb, le directeur fondateur du programme, pense avoir réuni une équipe qui a de bonnes chances de trouver des réponses. Si les Nations Unies lui demandaient de dresser une liste d'experts du trou noir pour un concours scientifique interstellaire, songea-t-il, qui choisirait-il?
«Franchement, les meilleurs joueurs de ma liste font partie de l'équipe», a-t-il dit en riant. «Je pense qu'avec cette équipe, nous pouvons battre n'importe qui dans la Voie Lactée, c'est certain. Je ne connais pas l'univers en général. "
Après un siècle au cours duquel les trous noirs sont passés des inconvénients théoriques aux faits incontestés, sa positivité ironique peut refléter un changement d'attitude. Alors que les contradictions et les confusions de trous noirs étaient au début des chercheurs «embarrassés» comme Hawking, les mêmes problèmes épineux sont maintenant des atouts majeurs pour des équipes de recherche comme LIGO et l’initiative de Loeb.
Le discours de Hawking s'est terminé sur une note d'optimisme similaire. "Le message de cette conférence est que les trous noirs ne sont pas aussi noirs qu'ils sont peints", a-t-il déclaré. «Si vous sentez que vous êtes dans un trou noir, n'abandonnez pas. Il y a un moyen de sortir.
