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Comment les étoiles meurent-elles une fois tombées dans un trou noir ?

Crédits : Mark A. Garlick/CfA

Approchez-vous un peu trop près d’un trou noir et vous risquez de ne plus jamais revenir ! Nous sommes épargnés pour le moment, mais certains corps expérimentent la chose tous les jours. Mais ces étoiles avalées par des trous noirs disparaissent-elles comme des bougies ou s’écrasent-elles sur une surface solide ?

La relativité générale confirme la première option, tandis que la seconde repose sur une version modifiée de cette célèbre théorie. Il y a quelque jours, Pawan Kumar, de l’Université du Texas à Austin, ainsi que son étudiant diplômé Wenbin Lu et son collègue Ramesh Narayan, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, assuraient avoir trouvé le moyen d’étudier ce qui se passe réellement derrières les horizons des événements, ces barrières invisibles au-delà desquelles rien ne peut échapper à l’attraction intense des singularités gravitationnelles. Leur conclusion est qu’encore une fois, Einstein avait raison. Les résultats de cette étude ont été publiés dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

Presque toutes les galaxies de l’univers y compris la nôtre ont en leur centre un objet très massif. Ces objets sont supposés être des trous noirs supermassifs de plusieurs millions, voire plusieurs milliards de fois la masse de notre Soleil. Imaginez alors une bille si lourde qu’elle s’enfonce profondément dans le tissu jusqu’à disparaître. Les trous noirs sont en fait des singularités sans surface physique entourées de ce que les physiciens appellent un « horizon d’événements ». L’horizon de l’événement agit un peu comme une sorte de membrane à sens unique : le matériau peut tomber vers le trou noir, mais une fois l’horizon passé, plus moyen de revenir en arrière. En substance, le matériau disparaît.

Mais et si la relativité générale n’était pas tout à fait juste ? Et si, au lieu de cela, ces objets massifs centraux ne s’effondraient pas jusqu’à un certain point ? Si tel était le cas, l’horizon de l’événement aurait des propriétés différentes. Kumar et ses collègues ont théorisé que si l’objet central massif n’était pas un trou noir, alors l’horizon de l’événement n’agirait pas comme une membrane unidirectionnelle, mais comme une sorte de surface solide contre laquelle un matériau viendrait se briser. Cela produirait un effet visible lorsque le gaz de l’étoile s’illuminerait pendant des mois ou même des années suite à la collision, enveloppant l’objet massif.

Pour tester ces deux idées concurrentes, l’équipe s’est tournée vers les observations effectuées avec le télescope Pan-STARRS de 1,8 mètre à Hawaï au cours des 3,5 dernières années. En calculant le nombre d’étoiles censées tomber sur des trous noirs supermassifs dans notre voisinage cosmique, le groupe pourrait déterminer le nombre d’événements qui auraient normalement eu lieu au cours de ces 3,5 ans. En observant effectivement des signes de ces lueurs théorisées, cela signalerait que l’horizon de l’événement était solide. Sinon, cela signifierait que la relativité générale est correcte et que les étoiles passent simplement l’horizon de l’événement et finissent par disparaître.

« Compte tenu du taux d’étoiles tombant sur des trous noirs et de la densité numérique des trous noirs dans l’univers proche, nous avons calculé combien de ces événements auraient dû être détectés sur une période de fonctionnement de 3,5 ans », explique Wenbin Lu. « Il s’avère qu’il aurait fallu que nous en détections plus de dix d’entre eux, si la théorie de la surface solide était vraie ». Seulement les chercheurs n’ont trouvé aucune signature de ces « collisions » cosmiques.

Il semblerait ainsi que la relativité générale ait passé un autre test. « Notre travail implique que certains trous noirs, peut-être tous, ont des horizons événementiels et que ces matériaux disparaissent vraiment de l’univers observable lorsqu’ils sont tirés à l’intérieur comme nous l’avons prévu depuis des décennies », conclu Ramesh Narayan.

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