Micro trou noir - Définition
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Stabilité d'un micro trou noir
Rayonnement de Hawking
En 1974, Stephen Hawking a affirmé que les effets quantiques provoquent l'évaporation des trous noirs, par l'émission de particules telles que photons, électrons, quarks, gluons, etc. ; ce mécanisme a été nommé "rayonnement de Hawking". Ses calculs de thermodynamique des trous noirs montrent que plus un trou noir émet de la matière (perdant ainsi de la masse), plus sa température augmente, ce qui accroît constamment le taux d'évaporation jusqu'à ce que la masse du trou noir atteigne l'échelle de la masse de Planck. Cela revient à dire que plus un trou noir est petit, plus il disparaît rapidement.
Conjectures sur l'état final
Une fois atteinte l'échelle de la masse de Planck, le trou noir aurait une température de TP / 8π (5.6 × 1032 K), ce qui signifie qu'une particule émise par rayonnement de Hawking aurait une énergie comparable à la masse du trou noir. A ce stade, le traitement thermodynamique n'est plus approprié, et le trou noir ne peut plus être décrit de façon classique.
Le destin final du trou noir pourrait être l'évaporation totale, ou la formation d'un objet résiduel dont la masse serait proche de la masse de Planck.Si les conjectures concernant les trous noirs quantiques sont correctes, le nombre d'états quantiques possibles au voisinage de la masse de Planck deviendrait tellement réduit que le micro trou noir ne pourrait pratiquement plus interagir avec son environnement. Il est également possible que ces objets ne puissent pas absorber d'énergie gravitationnelle à cause de larges intervalles entre leurs niveaux d'énergie autorisés ; ils ne pourraient pas non plus émettre de particules par rayonnement de Hawking, pour les mêmes raisons. Les résidus de micro trous noirs seraient alors des objets stables. Ce pourrait être l'origine des WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), hypothétiques particules très massives et difficilement détectables, dont l'existence a été supposée afin d'expliquer la matière noire.
Micro trous noirs créés par l'Homme
Peut-on produire des micro trous noirs ?
Si la gravité est décrite dans un espace présentant les trois dimensions habituelles, l'énergie minimale requise pour la formation d'un trou noir microscopique est de l'ordre de 1016 TeV, et doit être concentrée dans un rayon d'environ 10−33 cm : ce qui est largement hors de portée de toute technologie actuelle. On estime que, pour atteindre ces conditions au cours d'une collision de particules, en employant les champs magnétiques que l'on est capable de produire actuellement, il faudrait un accélérateur circulaire de 1000 années-lumière de diamètre afin de pouvoir maintenir les particules sur leur trajectoire.
Cependant, pour certaines théories faisant appel à des dimensions supplémentaires, la masse de Planck peut se trouver réduite à l'échelle du TeV. Le LHC (Large Hadron Collider) est prévu pour atteindre une énergie de 14 TeV. Il a ainsi été avancé que la production de trous noirs quantiques pourrait être un phénomène observable au LHC, ou dans de futurs accélérateurs atteignant de plus hautes énergies. De tels trous noirs se désintègreraient en émettant des jets de particules, qui pourraient être captés par les détecteurs de ces dispositifs
Arguments de sûreté
Les calculs de S. Hawking, ainsi que des arguments plus généraux basés sur la mécanique quantique, prédisent que les micro trous noirs créés à l'échelle de Planck s'évaporent presque instantanément. D'autres arguments établissant la sûreté des collisions de particules à haute énergie ont été présentés dans un article de S.B. Giddings and M.L. Mangano (voir aussi M.E. Peskin) : qui montre que, dans des scénarios hypothétiques pour lesquels des micro trous noirs stables pourraient porter atteinte à la Terre, de tels trous noirs auraient déjà été produits par les rayons cosmiques et provoqué la destruction des objets astronomiques comme la Terre, le Soleil, les étoiles à neutrons ou les naines blanches.
