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Des physiciens affirment avoir trouvé le moyen de détecter les singularités nues… si elles existent !

Crédits : iStock

Les trous noirs sont tellement denses et étranges que l’espace-temps se déforme et que les lois de la physique se décomposent en une singularité nue. Leur existence a longtemps été jugée impossible, mais il se pourrait que ces objets étranges existent bel et bien. Entendons-nous, il s’agit là de physique théorique. Une équipe de physiciens explique avoir pourtant trouvé le moyen de détecter cesdites singularités, si elles existent.

Après avoir épuisé tout le combustible, les étoiles les plus massives ne peuvent plus contrecarrer leur propre poids et connaissent alors un effondrement inéluctable. D’une taille de plusieurs millions de kilomètres de diamètre, ces étoiles – du moins, leur cœur – sont alors comprimées en un point de densité quasi infinie. Vous obtenez alors un trou noir. Au centre de ce trou noir se trouve alors la singularité, c’est-à-dire le point infinitésimal où est concentrée toute la matière de l’étoile. Autour de la singularité se trouve une région de l’espace où rien ne peut échapper à sa gravité, pas même la lumière. La frontière de cette région est ce qu’on appelle l’horizon des événements qui enveloppe en quelque sorte le trou noir. Enfin, une singularité dite « nue » est singularité gravitationnelle supposée logée derrière l’horizon des événements.

Toute cette étude, purement théorique, repose donc sur une hypothèse que les scientifiques n’ont jamais confirmée : les singularités nues existent réellement dans notre Univers. Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein et nos meilleurs modèles informatiques, les singularités nues sont possibles, même si elles défient toutes les lois de la physique. Il existe en effet deux lois générales de la physique qui régissent notre compréhension de la réalité : d’une part la mécanique quantique, qui explique toutes « les petites choses » telles que le comportement des particules subatomiques, et la relativité générale qui décrit les choses que l’on peut voir comme les étoiles et les galaxies. Mais lorsqu’elles sont appliquées aux singularités, ces deux écoles de pensée prédisent des résultats différents et incompatibles.

Ci-dessous, vous pouvez voir une illustration d’un trou noir enveloppé de son horizon d’événement (ligne pointillée) à gauche et une singularité nue sur la droite. Les flèches indiquent la lumière, qui pourrait échapper d’une singularité nue, mais pas d’un trou noir :

Sudip Bhattacharyya / Pankaj Joshi

En supposant qu’elles existent, la grande question est alors de savoir comment on pourrait distinguer une singularité nue d’un trou noir régulier. Des chercheurs de l’Institut Tata de Recherche Fondamentale en Inde ont élaboré un plan en deux étapes basé sur le fait que les singularités, à notre connaissance, sont en rotation, comme les trous noirs.

Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein, à proximité de tous les objets tournants, le tissu de l’espace-temps se « tord » en raison de cette rotation. Cet effet provoque alors un spin gyroscopique et ce que les chercheurs nomment une « précession » (changement graduel d’orientation de l’axe de rotation d’un objet). Vous en avez un exemple ci-dessous :

LucasVB/WikimediaCommons

En se basant là-dessus, les chercheurs expliquent le fait nous pourrions comprendre la nature d’un objet tournant en mesurant sa fréquence de précession à deux points fixes proches de l’objet. Selon eux, il existe deux possibilités : soit la fréquence de précession du gyroscope change de façon « sauvage » entre les deux points, ce qui suggère que l’objet tournant en question est un trou noir régulier, soit la fréquence de la précession change de manière régulière et motivée, indiquant une singularité nue.

Bien sûr, placer un gyroscope à proximité d’un trou noir pour effectuer ces expériences n’est pas chose aisée. Et, encore une fois, précisons que tout cela est très spéculatif, nous n’avons jamais eu la preuve que ces singularités existent et à vrai dire, les chercheurs commencent tout juste à comprendre les trous noirs réguliers. Sur le plan technique, tout devient alors très compliqué. Mais sur le plan philosophique, sommes-nous réellement prêts pour vouloir le comprendre ?

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