Les trous noirs pourraient ne pas exister - ou du moins pas de la façon dont les scientifiques se l’imaginent, masqué par un "horizon des événements" impénétrable. Une nouvelle étude, déjà controversée, pourrait conduire à supprimer cet horizon, et par là même résoudre un paradoxe préoccupant de la physique.
L'horizon des événements est censé représenter la limite au delà de laquelle plus rien ne peut échapper à la gravité du trou noir. Selon la théorie générale de la relativité, même la lumière est piégée à l'intérieur de l'horizon, et aucune information sur ce qui est tombé dans le trou ne peut jamais plus s'en échapper. L'information semble être partie « en dehors » de l'univers.
Et ceci est en contradiction avec les équations de la mécanique quantique, qui préservent toujours l'information. Comment résoudre ce conflit ?
Les chercheurs ont proposé par le passé que l'information pourrait revenir en arrière très lentement. Elle pourrait être encodée dans un flux des particules appelé la « radiation de Hawking », qui résulterait de « l’interaction » entre l’horizon des événements et « l’écume quantique » toujours présente dans l'espace.
Mais d'autres scientifiques pensent que l'information pourrait en fait n'avoir jamais été perdue. Tanmay Vachaspati et ses collègues de l'université Case Western Reserve de Cleveland, ont tenté de prédire ce qui se produit quand un trou noir se forme. En utilisant une nouvelle approche mathématique, ils ont suivi un bloc de matière en train de s'effondrer et tenté de prévoir ce qu'un observateur éloigné verrait.
Ils ont constaté que la gravité de la masse s'effondrant commence par perturber le vide quantique, en produisant ce qu'ils ont appelé un rayonnement de "pré-Hawking". Ce rayonnement réduit alors la quantité masse/énergie totale de l'objet - de sorte qu’il ne devient jamais assez dense pour former un horizon des événements et un véritable trou noir. Selon Vachaspati, "les trous noirs n’existent pas ; il y a seulement des étoiles qui tendent à devenir des trous noirs sans jamais y parvenir."
La notion standard de trou noir inclut un "horizon des événements" au delà duquel
rien ne peut s’échapper. Mais une étude nouvelle suggère que la matière qui s’effondre
ne puisse jamais devenir suffisamment dense pour former cet horizon des événements,
et que c’est en fait une « étoile noire » qui se formerait
Ces "étoiles noires" ressembleraient beaucoup à des trous noirs, indique Vachaswati. Du point de vue d'un observateur éloigné, la gravité déformerait l'écoulement apparent du temps de sorte que la matière tombant vers l'intérieur ralentisse. Et lorsqu’elle parviendrait à l’endroit où l’horizon devrait se situer, la matière s’étiolerait, sa lumière serait étirée sur des longues longueurs d'onde si grandes par la gravité de l'objet qu'elle en deviendrait pratiquement indétectable.
Mais parce que le rayonnement de pré-Hawking empêcherait la formation d'un trou noir avec un véritable horizon des événements, la matière ne s’évanouirait jamais complètement. Et comme aucune information ne serait plus séparée du reste de l'univers, le paradoxe de l'information perdue n’existe plus.
Controverse
L'idée fait cependant face à l'opposition de la part d'autres physiciens théoriques. "Je suis en total désaccord" affirme le Prix Nobel Gerard 't Hooft Nobel de l'université d'Utrecht aux Pays Bas. "Le processus décrit ne peut en aucune façon produire assez de rayonnement pour faire disparaître un trou noir aussi rapidement." Selon lui, l’horizon des événements se forme bien avant que le trou ne s’évapore. Steve Giddings de l'université de Californie à Santa Barbara, est également sceptique : "Des résultats déjà bien compris sont apparemment en conflit avec cette hypothèse", dit-il.
Il pourrait exister un moyen de tester cette nouvelle théorie. Le LHC (Large Hadron Collider) en voie d’achèvement au CERN pourrait être capable de générer des trous noirs microscopiques ou, si Vachaspati a vu juste, des étoiles noires. A la différence des trous noirs gigantesques de l'espace, ces objets microscopiques se vaporiseraient rapidement. La distribution des énergies de leur rayonnement pourrait révéler si un horizon des événements se forme.
D’un autre coté, des étoiles noires entrant en collision dans l'espace pourraient révéler elles-mêmes leur identité puisque, comme Vachaspati l’indique, non seulement l’événement produirait des ondes gravitationnelles (comme pour une collision entre deux trous noirs) mais également des rayons gamma. Le scientifique propose d’ailleurs qu'elles pourraient être responsables de certains des éclats de rayons gamma (GRB) observés par les astronomes.
