En ce qui concerne les trous noirs, les cosmologistes ont assisté ces dernières années à une tempête de désaccords sur les horizons des événements, les pare-feu et la nature même de la vie et de la mort des trous noirs. Il s’agit certes d’une tempête calme, avec des articles ici et là qui défendent soigneusement leurs positions tout en respectant les points de vue opposés, mais cela reste une tempête en science.
Certains ont pensé que les ondes gravitationnelles observées au début de l’année pourraient mettre un terme à la controverse, mais un groupe de physiciens nous avertit aujourd’hui qu’il ne faut pas tirer de conclusions trop hâtives.
Les débats s’articulent autour de deux désaccords connexes sur ce dont nous parlons réellement lorsque nous appelons quelque chose un “trou noir”.
Le premier porte sur ce qui se passe lorsque quelque chose tombe dans un trou noir. Traditionnellement, on pense que les trous noirs sont des objets dont la force gravitationnelle est si forte que la lumière ne va même pas assez vite pour échapper à leur emprise. Et si la lumière – la chose la plus rapide de l’Univers – ne peut s’échapper, alors rien d’autre ne peut le faire.
Un trou noir est généralement défini par son horizon des événements – le contour de la région de l’espace où la gravité est suffisamment forte pour retenir la lumière. On ne s’aperçoit pas forcément qu’on passe au-dessus de l’horizon des événements d’un trou noir, puisqu’il s’agit d’un endroit de l’espace comme un autre. On ne s’en rend compte que lorsqu’on essaie de s’échapper.
Mais il y a quelques années, deux articles ont suggéré que cette vision très simplifiée conduisait à certains problèmes qui ne peuvent être résolus avec notre compréhension actuelle des lois de la physique.
Selon eux, l’horizon des événements doit avoir quelque chose de spécial : juste après avoir franchi l’horizon des événements, un objet est brouillé et brûlé au-delà de toute reconnaissance par ce qu’on appelle un pare-feu. Ces pare-feu semblaient éliminer les problèmes théoriques, mais ils constituaient une solution plutôt étrange, et tout le monde n’était pas d’accord.
L’un d’entre eux était Stephen Hawking, qui trouvait cette solution ridicule. Hawking et ceux qui étaient d’accord avec lui affirmaient que le bord d’un trou noir n’avait rien de spécial.
Mais Hawking est allé plus loin, ajoutant du carburant à la deuxième partie du débat. Dans sa quête pour réfuter le pare-feu, il s’est retrouvé avec un trou noir sans horizon des événements.
La définition du trou noir s’en est trouvée bouleversée : sans l’horizon des événements – l’endroit au-delà duquel rien ne peut jamais s’échapper du trou noir – qu’est-ce qui définit un trou noir ? Les physiciens ne se bousculent pas vraiment pour trouver des réponses.
Dans le même temps, des alternatives aux trous noirs ont été développées, qui pourraient toujours présenter une gravité extrême, mais sans point de non-retour. Ces objets étranges ont été baptisés “imitateurs de trous noirs”.
Et puis il y avait ceux qui conservaient les trous noirs avec des horizons des événements mais refusaient toujours de croire au pare-feu.
Toutes ces différentes parties ont convergé vers les ondes gravitationnelles observées par l’Observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO). À première vue, les ondes gravitationnelles semblaient être une nette victoire pour le camp des trous noirs avec des événements. La configuration des ondes semblait correspondre exactement à leurs prédictions sur ce à quoi devrait ressembler la collision de deux trous noirs avec un horizon des événements pour former un autre trou noir avec un horizon des événements.
Ils étaient particulièrement enthousiasmés par le “ringdown”, c’est-à-dire le moment où le dernier trou noir perd un peu d’énergie et se calme après toute l’excitation de la collision. Selon eux, l’effondrement correspondait précisément à ce qu’ils attendaient et ne correspondait pas à d’autres prédictions contradictoires.
Mais les auteurs d’un nouvel article affirment que nous ne pouvons pas en être aussi sûrs. Ils ont montré que les ondes gravitationnelles détectées par LIGO auraient pu être produites par n’importe lequel de ces imitateurs de trous noirs – les objets qui ont la gravité d’un trou noir sans avoir d’horizon des événements. Il semble donc que nous soyons de retour à la case départ.
Mais il y a de l’espoir pour distinguer les différentes hypothèses. Elles ne sont toujours pas d’accord en ce qui concerne l’horizon des événements, mais il faudra de meilleures mesures pour résoudre ces désaccords. Grâce à de meilleures mesures des ondes gravitationnelles et de l’effondrement, nous devrions être en mesure de répondre à ces questions fondamentales sur la nature des trous noirs.
Ne vous inquiétez donc pas. LIGO est sur le coup.
L’article a été publié dans Physical Review Letters.