L'esprit soufflé
Y a-t-il quelque chose d'étranger dans l'univers que les trous noirs? Ces monstruosités gravitationnelles bizarres ne font pas que déformer l'espace et le temps; rien que d'y penser étire et plie également l'imagination des gens. Et avec toutes les qualités ahurissantes dont vous avez peut-être entendu parler - leur masse prodigieuse, leur taille incroyablement petite - les trous noirs ont une tonne de propriétés encore plus bizarres qui sont moins bien connues. Nous examinons certaines des caractéristiques et des possibilités théoriques les plus étonnantes concernant ces bizarreries cosmiques.
Les trous noirs pourraient avoir des cheveux
Dans les années 1960, le physicien John Wheeler a suggéré que les trous noirs "n'ont pas de cheveux", ce qui signifie que chaque objet cosmique particulier ne pouvait être distingué de ses frères que par sa rotation, son élan angulaire et sa masse. Toute autre information différenciante sur un trou noir est considérée comme un "cheveu" et on pense qu'elle disparaît derrière l'horizon des événements impénétrables d'un trou noir, une frontière autour du trou noir au-delà de laquelle rien, y compris la lumière, ne peut s'échapper.
En 2016, lorsque le célèbre physicien Stephen Hawking a proposé que les trous noirs arborent en fait une coiffure opulente faite de particules fantomatiques et à énergie zéro, et que cette agglomération hirsute contienne des informations sur les matériaux consommés par le trou noir. Cette hypothèse n'a pas été prouvée, mais pourrait aider à résoudre un paradoxe de longue date sur ce qui arrive au gaz et à la poussière tombés dans la gueule d'un trou noir.
Les trous noirs produisent des fontaines
Rien n'est censé pouvoir échapper à la puissante adhérence gravitationnelle d'un trou noir. Mais cela ne s'applique qu'au matériau qui est devenu extrêmement proche du bord du trou. De nombreux trous noirs sont, en fait, entourés de courants de gaz et de poussière, qui tournent autour du trou, comme de l'eau descendant dans un drain. La friction dans ce matériau génère de la chaleur, ce qui crée des structures de barattage ressemblant à des tempêtes dans le gaz et la poussière. Des observations récentes suggèrent que ce mouvement produit également des anneaux arqués qui entourent les colonnes intérieures de matière, qui jaillissent directement dans l'air, ressemblant fortement à des fontaines.
Les trous noirs peuvent s'évaporer
La mécanique quantique offre un autre moyen aux particules de s'échapper d'un trou noir. Selon la théorie, des paires de particules subatomiques clignotent et disparaissent constamment autour de l'horizon des événements d'un trou noir. De temps en temps, la configuration est alignée de la bonne manière pour faire tomber l'un des partenaires dans le trou noir. L'associé identique de la particule est ensuite propulsé à une vitesse extrêmement élevée, privant le trou noir d'un tout petit peu d'énergie. Cela produit ce que l'on appelle le rayonnement Hawking, après Stephen Hawking, qui a découvert le phénomène. Parce que l'énergie est égale à la masse, ce processus peut en fait faire rétrécir un trou noir et éventuellement s'évaporer sur de longues périodes.
Les trous noirs peuvent être entourés d'un mur de feu
L'un des problèmes du rayonnement Hawking est qu'il provoque des énigmes pour les physiciens. Les particules subatomiques produites par ce rayonnement sont enchevêtrées, ce qui signifie que ce qui arrive à l'un est immédiatement ressenti par l'autre. Alors, que ressent le partenaire qui n'est pas tombé dans le trou noir lorsque son associé est écrasé en un point infiniment dense? Personne ne sait. Une théorie soutient que le trou noir rompt l'enchevêtrement des particules, un résultat qui - selon les lois de la mécanique quantique - produirait une quantité insensée d'énergie. Cela, à son tour, signifierait que tous les trous noirs sont entourés de murs de feu tumultueux.
Le trou noir peut brouiller des informations, ou non
Il est difficile de concilier la masse écrasante des trous noirs avec les lois de la mécanique quantique, selon lesquelles les informations sur les particules ne peuvent jamais être détruites. Mais le matériau qui glisse au-delà du bord d'un trou noir devrait se perdre à jamais dans l'univers. Ce dilemme est connu comme le paradoxe de l'information du trou noir; une résolution a jusqu'à présent échappé aux scientifiques. Des recherches récentes suggèrent que les informations brouillées dans un trou noir pourraient être transmises aux partenaires de particules sortantes dans le rayonnement de Hawking; cependant, aucune réponse définitive à ce paradoxe n'a été trouvée.
Les trous noirs pourraient être de la matière noire
Peu de temps après le Big Bang, l'univers aurait dû produire une multitude de minuscules trous noirs. Parce que ces caractéristiques seraient des objets massifs qui ne dégagent pas de lumière, certains physiciens ont émis l'hypothèse que ces trous noirs primordiaux pourraient représenter la matière noire, ce matériau mystérieux dont est constituée la grande majorité de la matière dans le cosmos. Mais l'idée est controversée, étant donné que les données de l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) ont exclu un univers rempli de nombreux minuscules trous noirs. Peut-être que des trous noirs de taille moyenne se cachent encore là-bas, bien que les observations suggèrent qu'ils ne constitueraient, au plus, que 1% à 10% de la matière noire.
La matière peut voyager vers le futur dans un trou noir
Les trous noirs se heurtent au problème de l'infini - la masse d'un trou noir est écrasée en un point infiniment dense qui est infiniment petit. Physiquement, cela n'a aucun sens, les chercheurs ont donc cherché des cadres alternatifs pour maîtriser les trous noirs. Une proposition est connue sous le nom de gravité à boucle quantique, ce qui suggère que le tissu de l'espace-temps est très fortement courbé près du centre du trou noir. Cela entraînerait une partie du trou dans le futur, ce qui signifie que la matière qui y serait aspirée voyagerait dans le temps. Jusqu'à présent, cette idée d'expansion de l'esprit reste théorique.
Les scientifiques pourraient avoir repéré des trous noirs d'un autre univers
Une observation très controversée suggère que notre univers est un retardataire. Des univers antérieurs auraient pu exister avant le nôtre et auraient contenu des trous noirs. L'éminent physicien mathématique de l'Université d'Oxford, Roger Penrose, a soutenu que le rayonnement de fond cosmique - une relique énergétique du Big Bang - contient des empreintes de ces trous noirs d'avant le temps. D'autres scientifiques ont fait valoir que les données de Penrose ne sont rien de plus qu'un bruit aléatoire, mais la possibilité reste intrigante.
Nous aurons bientôt une photo d'un trou noir
En quelques jours, les physiciens devraient publier la toute première image d'un trou noir. Cette bête supermassive se cache au cœur de notre galaxie de la Voie lactée; capturer une photo de celui-ci a été l'objectif du Event Horizon Telescope. Cet instrument est en fait un réseau mondial de radiotélescopes partout sur la Terre, qui ont combiné leurs pouvoirs pour zoomer plus près du centre galactique que jamais auparavant. Le télescope devrait être capable de repérer l'ombre du trou noir à travers son environnement matériel, et des images sont attendues le 10 avril.
