Et si les trous noirs finissaient par exploser ?

[pachanga]

http://www.lefigaro.fr/sciences/2014/07/22/01008-20140722ARTFIG00221-et-si-les-trous-noirs-finissaient-par-exploser.php

 

Et si les trous noirs finissaient par exploser ?

Par Tristan Vey Mis à jour le 22/07/2014 à 16:18 Publié le 22/07/2014 à 15:44

Les trous noirs ne laissent rien, pas même la lumière, sortir de leur sphère d'influence gravitationnelle.

 

Selon une théorie récente, ces objets d'une densité extrême pourraient éclater sous l'effet de leur propre poids et libérer un gigantesque flash lumineux, faisant d'eux, l'espace d'un instant, des «trous blancs».

 

Personne ne sait ce qui se passe dans le cœur d'un trou noir. Ces ogres cosmiques, qui résultent de l'effondrement de certaines étoiles sur elles-mêmes, ne laissent rien, pas même la lumière, sortir de leur sphère d'influence gravitationnelle. Aucun télescope ne pourra donc jamais plonger son regard dans leur intimité. Dans ces conditions, seule la théorie peut venir au secours des astronomes.

 

Mais ce n'est pas si simple. D'un côté, la théorie de la relativité générale aboutit à une solution absurde: l'étoile se contracterait en un point de densité infinie. Une aberration physique prouvant que la théorie a atteint ses limites. De l'autre, la mécanique quantique se retrouve confrontée à un paradoxe célèbre: pour des raisons complexes, les trous noirs s'évaporent. Toute l'«information quantique» contenue dans la matière avalée par le trou noir semble condamnée à disparaître, ce qui représente une violation majeure d'un principe fondamental de la discipline.

Le résultat est sans appel: les deux principales théories physiques du XXe siècle sont inopérantes pour décrire précisément le fonctionnement des trous noirs. Carlo Rovelli, chercheur au Centre de physique théorique (université Aix-Marseille), propose aujourd'hui une solution élégante reposant sur la théorie de la gravitation quantique à boucles, une tentative de synthèse entre la relativité générale et la mécanique quantique.

 

La masse du Soleil concentrée dans un seul atome

 

«Nos calculs montrent que l'effondrement de la matière dans le trou noir finit par s'arrêter, explique le physicien au Figaro. Lorsqu'on atteint une certaine densité, environ la masse du Soleil concentrée dans un seul atome, les effets quantiques de la gravité génèrent une force répulsive qui s'oppose à la contraction». Il en résulte un noyau extrêmement dense que le chercheur a baptisé «étoile de Planck».

 

Vue depuis l'extérieur du trou noir, cette phase dure plusieurs milliards d'années. Mais, au sein du trou noir, le temps s'écoule différemment en raison de la forte gravité qui y règne. Pour l'étoile, cette phase ne dure en réalité qu'une fraction de seconde. Très vite, la matière rebondit violemment dans une gigantesque explosion, transformant le trou noir en trou blanc, un grand flash lumineux. «La grande beauté de cette théorie est de concilier un scénario très dynamique (l'étoile originelle se contracte et explose presque instantanément dans son référentiel de temps) avec la perception que nous avons d'un phénomène extrêmement lent», s'enthousiasme Carlo Rovelli.

Les détails numériques de ce scénario sont présentés dans deux articles mis en ligne respectivement en janvier et début juillet sur le site de prépublication arXiv (le premier coécrit avec Francesca Vidotto, chercheuse à l'université de Radboud de Nimègue, Pays-Bas, le second avec l'aide d'un postdoctorant américain de son laboratoire, Hal Haggard).

 

Interprétation novatrice

Cette interprétation novatrice met fin au paradoxe de l'information quantique puisque la matière ne disparaît plus: tout ce qui entre dans le trou noir en ressort. D'autre part, elle permet de contourner le problème de la densité infinie rencontré dans la théorie classique. La solution semble parfaite. Elle rappelle d'ailleurs les théories modernes du «big bounce», selon lesquelles l'Univers enchaînerait des phases de contraction et d'expansion. Dans ce cadre théorique, le big bang n'est plus une explosion originelle, mais le rebond survenant quand la phase de contraction atteint une densité critique.

La théorie de l'étoile de Planck présente encore un trait extrêmement séduisant: elle va pouvoir être confrontée aux observations. Dans un article mis en ligne fin avril, toujours sur arXiv, et soumis au comité d'une revue de référence, Aurélien Barrau, chercheur au laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble (CNRS-IN2P3), étudie les conséquences phénoménologiques d'une explosion de trou noir.

«Cela provoquerait notamment une émission très importante de rayons gamma pendant une période assez courte, explique-t-il au Figaro. Si elles existent, les explosions de trous noirs doivent être assez courantes dans notre environnement proche. On pourrait en observer jusqu'à une par jour.» De courts sursauts gamma d'origine inconnue ont d'ailleurs déjà été observés. Il est impossible d'affirmer qu'il s'agit là de «trous blancs», mais l'hypothèse est suffisamment crédible pour que l'on se penche dessus. Ce serait au passage une manière astucieuse de confirmer expérimentalement l'existence de la gravité quantique, une prouesse qui n'a jamais été réalisée et que de nombreux physiciens jugent encore impossible.

[Paul_Wi11iams]

Carlo Rovelli, chercheur au Centre de physique théorique (université Aix-Marseille), propose aujourd'hui une solution élégante reposant sur la théorie de la gravitation quantique à boucles, une tentative de synthèse entre la relativité générale et la mécanique quantique.

 

La masse du Soleil concentrée dans un seul atome

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Les détails numériques de ce scénario sont présentés dans deux articles mis en ligne respectivement en janvier et début juillet sur le site de prépublication arXiv (le premier coécrit avec Francesca Vidotto, chercheuse à l'université de Radboud de Nimègue, Pays-Bas, le second avec l'aide d'un postdoctorant américain de son laboratoire, Hal Haggard).

 

Attention avec des citations trop complètes de ne pas envoyer CDB derrière les barreaux !

 

Je n'ai pas de compétences dans l'astrophysique, mais je me demande ce qui se passe pendant l'explosion. Il y a bien un moment où l'énergie est en train de remonter un champ gravitationnel qui devrait la garder prisonnière.

 

D'autre part, pourquoi Carlo Rovelli, est-il passé par arXiv pour publier plutôt que Nature ou similaire ?

Je ne veux pas mettre en doute la théorie en jetant des doutes sur le personnage mais...

lemonde.fr/sciences/article/2015/02/17/carlo-rovelli-physicien-rebelle_4578174_1650684.html

 

...on a bien à faire à quelqu'un un peu en marge de l'institution. Il faut bien des gens comme ça pour animer les débats. En même temps, j'attendrais un peu pour voir ce que d'autres en disent (au sujet de la théorie, pas de son auteur).

Modifié 24 mai 2017 par Paul_Wi11iams

[Dr Eric Simon]

Carlo Rovelli et ses collaborateurs ont publié leurs études sur ce sujet dans des jounaux très sérieux et pas seulement en preprint sur arxiv, voir par exemple les références suivantes:

 

 

Rovelli, C. & Vidotto, F. Int. J. Mod. Phys. D 23, 1442026 (2014)

 

Haggard, H. M. & Rovelli, C. Phys. Rev. D 92, 104020 (2015)

 

Planck stars as observational probes of quantum gravity

Carlo Rovelli

Nature Astronomy 1, 0065 (2017)

[econseil]

D'autre part, pourquoi Carlo Rovelli, est-il passé par arXiv pour publier plutôt que Nature ou similaire ?

 

Le passage par arXiv est quasi automatique quand un papier est en attente de publication dans un journal style Nature ou similaire. Ca augmente le nombre de relecteurs potentiels, mais ça n'en fait pas pour autant un document validé.

Le brouillon est en général mis à jour en même temps que les corrections du peer-review sont renvoyées.

Si le papier est publié dans une revue, la mention "Journal-reference" apparaîtra sous le titre du papier. Il y en a un pour le second papier cité par le Figaro, mais pas de référence pour le premier. Le second a donc passé le peer-review.

 

Et comme souvent les articles définitifs ne sont accessibles qu'après avoir payé un abonnement, le lien "arXiv" continue de circuler longtemps parce qu'il est le seul qui soit gratuit.

[StephStar]

Pour revenir sur le fond, j'avais lu deux sujets à ce propos sur le site de Dr Eric Simon.

 

J'avoue que l'idée est plutôt séduisante et bien trouvée, enfin du haut de mes toutes petites connaissances.

A l'instar de la supernova où les couches externes rebondissent sur le coeur pour ensuite se vaporiser dans l'espace, j'aime bien ce concept que le coeur suive le même chemin une fois atteinte la limite de Plank.

 

Et le décalage temporel vue l'énorme gravité en jeu, est aussi une hypothèse intéressante.

[Poussin38]

Carlo Rovelli en marge de l'institution ?

 

C'est un des piliers de la théorie de la gravitation quantique à boucle, une des pistes pour concilier relativité générale et mécanique quantique, à l'instar de la théorie des cordes et autres pistes en cours d'investigation.

 

S'il peut faire joujou concrètement avec ses concepts c'est intéressant !

[bongibong]

En effet, Carlo Rovelli est un des piliers de la gravitation quantique à boucles, qui est considéré comme le principal concurrent de la théorie des cordes quant à la gravitation quantique.

Beaucoup de gens travaillent avec lui, dont Lee Smolin, Alain Connes etc...

 

Je conseille la lecture de "Rien ne va plus en physique" de Lee Smolin qui raconte un peu ce clivage entre les deux grands courants actuels.

 

Disons que la physique théorique s'est scindée en deux voies au début du XXème siècle :

- la relativité générale (qui a été délaissée après 1920, mais qui a ressuscité dans les années 1960, voir par exemple le très bon livre de Jean Eisenstadt)

- la théorie quantique (qui a attiré beaucoup de jeunes physiciens, vu que c'était une théorie à construire, alors que la RG était définitive en 1916)

 

La communauté s'est un peu cristallisée entre ces deux théories, qui demandent des compétences bien particulières, et des domaines d'application complètement différents.

 

Forcément la quantification de la gravitation est revenue sur le chantier, et donc les deux communautés ont données deux approches :

- la gravitation vue comme l'échange de gravitons (voir les théories de supergravité, puis les supercordes)

- la gravitation vue comme la quantification canonique des équations d'Einstein (oui j'ai lâché un gros mot, mais disons que c'est écrire les équations sous une forme, puis l'écrire en version quantique)

 

Tout comme Edward Witten, Brian Greene, Leonard Susskind, Michael Green, John Schwarz, Gabriele Veneziano etc... (pour les plus connus du grand public) / le pendant de la LQG (Loop Quantum Gravity) ce sont les Lee Smolin, Abhay Ashtekar, Carlo Rovelli etc...