Deux trous noirs peuvent fusionner. Mais l'inverse serait-il possible : un seul trou noir pourrait-il se séparer en deux ?
Les astronomes ont déjà détecté des collisions entre trous noirs grâce aux ondes gravitationnelles qu'elles produisent. Après leur rencontre, les deux objets n'en forment plus qu'un. Une équipe de physiciens s'est demandé si les lois de la physique autorisaient le scénario opposé.
Simulation numérique de deux trous noirs en cours de fusion. Les nappes rouges représentent des ondes gravitationnelles qui se propagent après leur rapprochement.
Crédit : NASA/Ames Research Center/Christopher E. Henze, domaine public.
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Avant de répondre, il faut rappeler qu'un trou noir n'est pas une boule solide qu'on pourrait couper avec un outil. C'est une région de l'espace où la gravité est si forte que même la lumière ne peut plus s'échapper, une fois franchie sa frontière. Cette frontière porte le nom d'horizon des événements.
Dans la description habituelle de la gravité donnée par Einstein, un trou noir qui ne tourne pas ne peut pas se diviser. Une telle séparation ferait diminuer une grandeur physique liée à la surface totale de ses horizons. Or les lois utilisées pour décrire ces trous noirs interdisent cette diminution.
Les chercheurs ont alors examiné des trous noirs en rotation. Cette fois, certains calculs semblent rendre la séparation moins impossible. Mais il reste un obstacle : les deux morceaux devraient pouvoir s'éloigner l'un de l'autre, au lieu de se retrouver aussitôt attirés et réunis.
En tenant compte de cette condition, presque toutes les possibilités disparaissent. Il reste seulement une petite possibilité pour des trous noirs tournant extrêmement vite, presque à la limite permise par les équations. Même dans ce cas, les chercheurs n'ont pas démontré qu'une séparation pouvait réellement se produire.
L'équipe a également étudié des hypothèses plus inhabituelles, dans lesquelles l'espace aurait des dimensions supplémentaires ou la gravité suivrait des règles différentes de celles d'Einstein. Certains de ces modèles autorisent des scénarios de fragmentation. Mais ils sont lourds en hypothèses.
Aucun astronome n'a jamais vu un trou noir se diviser, et aucun mécanisme capable de provoquer l'événement n'est pour le moment établi dans notre Univers. Cette étude sert plutôt à comprendre où les lois connues interdisent la séparation, et où elles pourraient laisser une exception. Les chercheurs s'intéressent notamment à ce que cela impliquerait pour de très petits trous noirs formés aux débuts de l'Univers.
Fun fact, le titre de l'étude fait référence à un pantalon. Si l'on dessinait l'évolution d'un trou noir qui se sépare dans le temps, sa frontière formerait une sorte de tube se divisant en deux, comme les jambes d'un pantalon.