Les trous noirs sont des objets cosmiques étranges qui pourraient ne pas être ce qu’ils semblent être, d’après de nouvelles recherches. (Crédit photo : NASA/JPL-Caltech)
Les singularités des trous noirs défient les lois de la physique. De nouvelles recherches apportent une solution audacieuse à cette énigme : les trous noirs pourraient en fait être un type théorique d’étoile appelé « gravastar », rempli d’énergie noire en expansion dans l’univers.
Les trous noirs comptent parmi les objets les plus énigmatiques de l’univers. Ils sont capables de déformer le tissu de l’espace qui les entoure avec une telle violence que même la lumière ne peut échapper à leur emprise gravitationnelle. Or, il s’avère qu’une grande partie de ce que les scientifiques savent sur ces objets mystérieux pourrait être erronée.
Selon de nouvelles recherches, publiées en avril dans la revue Physical Review D, les trous noirs pourraient en fait être des entités célestes totalement différentes, connues sous le nom de « gravastars ».
« Les gravastars sont des objets astronomiques hypothétiques qui ont été présentés [en 2001] comme des alternatives aux trous noirs », a déclaré par courriel à Live Science Joao Luis Rosa, coauteur de l’étude et professeur de physique à l’université de Gdańsk, en Pologne.
« Ils peuvent être interprétés comme des étoiles composées d’énergie du vide ou d’énergie noire : le même type d’énergie qui propulse l’expansion accélérée de l’univers. »
Résoudre les paradoxes des trous noirs avec les gravastars
Karl Schwarzschild, physicien et astronome allemand, a prédit pour la première fois l’existence des trous noirs en 1915, en se basant sur les calculs de la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein.
Au fil des ans, les observations astronomiques ont apparemment confirmé l’existence d’objets ressemblant à des trous noirs. Cependant, la description de ces corps spatiaux par Schwarzschild présente quelques lacunes.
En particulier, le centre d’un trou noir est censé être un point de densité infiniment élevée, appelé singularité, où toute la masse du trou noir est concentrée.
Or, la physique fondamentale nous enseigne que les infinis n’existent pas et que leur apparition dans une théorie signale son inexactitude ou son incomplétude.
« Ces problèmes indiquent que quelque chose est faux ou incomplet dans le modèle du trou noir et qu’il est nécessaire de développer d’autres modèles », a déclaré Rosa.
« Le gravastar est l’un des nombreux modèles alternatifs proposés. Le principal avantage des gravastars est qu’ils ne présentent pas de singularités ».
Comme les trous noirs ordinaires, les gravastars devraient apparaître au stade final de l’évolution des étoiles massives, lorsque l’énergie libérée lors de la combustion thermonucléaire de la matière qu’elles contiennent n’est plus suffisante pour vaincre la force de gravité et que l’étoile s’effondre en un objet beaucoup plus dense.
Mais contrairement aux trous noirs, les gravastars ne devraient pas présenter de singularités et seraient de fines sphères de matière dont la stabilité est maintenue par l’énergie noire qu’elles contiennent.
Pour savoir si les gravastars sont des alternatives viables aux trous noirs singuliers, Rosa et ses collègues ont examiné l’interaction des particules et du rayonnement avec ces objets hypothétiques.
À l’aide de la théorie d’Einstein, les auteurs ont examiné comment les énormes masses de matière chaude qui entourent les trous noirs supermassifs apparaîtraient si ces trous noirs étaient en fait des gravastars. Ils ont également examiné les propriétés des « points chauds« , ces gigantesques bulles de gaz qui gravitent autour des trous noirs à une vitesse proche de celle de la lumière.
Leurs résultats ont révélé des similitudes frappantes entre les émissions de matière des gravastars et des trous noirs, ce qui suggère que les gravastars ne contredisent pas les observations expérimentales des scientifiques sur l’univers. En outre, l’équipe a découvert qu’un gravastar lui-même devrait apparaître presque comme un trou noir singulier, créant une ombre visible.
Cette ombre n’est pas due au piégeage de la lumière dans l’horizon des événements, mais à un phénomène légèrement différent appelé « décalage vers le rouge gravitationnel », qui fait que la lumière perd de l’énergie lorsqu’elle se déplace dans une région soumise à un champ gravitationnel intense », a expliqué Rosa.
« En effet, lorsque la lumière émise par les régions proches de ces objets alternatifs atteint nos télescopes, la majeure partie de son énergie a été perdue dans le champ gravitationnel, ce qui a provoqué l’apparition de cette ombre. »
Les ressemblances frappantes entre le modèle du trou noir de Schwarzschild et les gravastars soulignent le potentiel de ces derniers en tant qu’alternative réaliste, exempte des pièges théoriques des singularités.
Toutefois, cette théorie doit être étayée par des expériences et des observations qui, selon les auteurs de l’étude, pourraient bientôt être réalisées. Si les gravastars et les trous noirs singuliers peuvent se comporter de manière similaire à bien des égards, des différences subtiles dans la lumière émise pourraient potentiellement les distinguer.
« Pour tester nos résultats expérimentalement, nous comptons sur la prochaine génération d’expériences d’observation en physique gravitationnelle », a déclaré Rosa, en faisant référence au télescope Event Horizon, qui chasse les trous noirs, et à l’instrument GRAVITY+, en cours d’ajout au Very Large Telescope au Chili. « Ces deux expériences visent à observer de près ce qui se passe près du centre des galaxies, en particulier de notre Voie lactée. »
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