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Les trous noirs

Les trous noirs sont des objets célestes aux caractéristiques particulièrement étonnantes. Pendant longtemps les scientifiques ont douté de l'existence réelle de tels monstres cosmiques.

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Mais depuis quelques décennies les astrophysiciens ont acquis la conviction que les trous noirs existent bel est bien. Sans les avoir observé directement, ils déduisent leur présence grâce aux effets gravitationnels qu'ils exercent sur leur environnement et notamment sur la trajectoire des étoiles. Il faudrait compresser la totalité de la masse de la Terre dans une sphère de quelques millimètres de rayon pour atteindre la densité à laquelle se trouve la matière à l'intérieur d'un trou noir.

La galaxie comporte plusieurs trous noirs dont un particulièrement imposant en son centre (les scientifiques disent supermassif), dont la masse fait plus de trois millions de fois celle du Soleil. Mais notre galaxie abrite vraisemblablement des millions de trous noirs plus légers.

La formation des trous noirs

Ils se forment lorsque des étoiles massives, arrivées en fin de vie, à cours de combustible, s'effondrent sur elles-mêmes. Toute la matière se compacte en un point qui atteint une densité infinie et qui exerce une attraction gravitationnelle extrême. Dès que de la matière ou de la lumière passe à une certaine distance de ce point et franchit ce que les scientifiques nomme l'horizon du trou noir elle est irrémédiablement attirée sans la moindre possibilité d'en ressortir.

Au sein de ces trous noirs, il se déroule des choses tout à fait contre-intuitives pour nous, comme l'explique Aurélien Barrau, astrophysicien à l'Université Joseph Fourier de Grenoble. "A l'intérieur d'un trou noir le temps se change en espace et l'espace se change en temps. Donc se sont réellement des phénomènes très étranges. "

Si les trous noirs intéressent autant les physiciens c'est parce qu'ils poussent les théories de la physique moderne dans leurs derniers retranchements et mettent les scientifiques devant certains paradoxes. Par exemple, selon la théorie de la relativité générale d'Einstein un trou noir ne peut que grossir en absorbant de la matière. Or il y a une quarantaine d'années le célèbre physicien Stephen Hawking a fait une découverte majeure. Il a montré que selon les règles de la physique quantique (l'autre grande théorie de la physique d'aujourd'hui), les trous noirs doivent pouvoir s'évaporer, c'est-à-dire perdre de la masse et décroître au cours du temps.

Le paradoxe de l'information

Une découverte théorique qui a généré un nouveau paradoxe : le paradoxe de l'information. "En mécanique quantique l'information doit être conservée, on ne peut pas la perdre. Pourtant, il semble que l'évaporation des trous noirs ne conserve pas l'information. C'est un paradoxe, un problème de physique théorique, " explique Aurélien Barrau.

De nombreux physiciens ont tenté de proposer des solutions pour résoudre ce paradoxe. Tout récemment, il y a un mois, Stephen Hawking a proposé une solution, et certains médias ont dit qu'il remettait en cause l'existence des trous noirs. Or, c'est plus subtil que cela et peut-être pas si révolutionnaire à en croire Aurélien Barrau

"Ce qu'il propose c'est que les trous noirs ne soient plus caractérisés par un horizon, une surface ayant les propriétés mathématiques que l'on croyait correctes jusqu'à maintenant, mais par d'autres propriétés un peu moins contraignantes. Donc ce ne sont plus exactement des trous noirs suivant la définition historique mais on s'en rapproche fortement. "

Le dernier article de Stephen Hawking ne fera peut-être pas date mais les trous noirs n'ont pas fini d'exercer une attraction sur les esprits les plus brillants. C'est peut-être en les étudiants que l'on découvrira la grande théorie qui permettra de concilier la physique quantique et la théorie de la relativité générale.

Aurélien Barrau est l'auteur de Big Bang et au-delà - Balade en cosmologie,  aux édition Dunod

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