Indépendamment de la quantité de preuves de l'existence des trous noirs, ils restent dans les limites de la physique théorique. En raison de leurs propriétés - structure, manque de lumière émise, emplacement et mode de fonctionnement - les trous noirs restent dans l'ombre. Mais tous les scientifiques, y compris Stephen Hawking, ne croient pas que les trous noirs traditionnels doivent nécessairement rester dans le cadre de la physique moderne (cependant, ils peuvent avoir des solutions mathématiques idéales) - certains vont plus loin et disent que nous devrions les remplacer par l'un des de nombreuses alternatives.
Certaines alternatives incluent les gravastars, les trous de ver hybrides et les étoiles quark. L'année dernière, deux astrophysiciens - Carlo Rovelli (Université de Toulon, France) et Francesca Vidotto (Université de Redbound aux Pays-Bas) - en ont présenté un autre: un objet théorique appelé étoile de Planck (étoile de Planck). Il ne remplace pas le modèle de trou noir standardisé en tant que tel, il le réinvente.
Un trou noir a généralement deux composantes principales: l'horizon des événements et la singularité elle-même. L'horizon des événements est assez simple: c'est le point, croisement duquel, rien ne peut sortir du trou noir. La singularité (le cœur d'un trou noir), par contre, est beaucoup plus difficile à comprendre.
La courbure de l'espace-temps en ce point infiniment dense devient infinie. En conséquence, nous ne pouvons pas comprendre logiquement ce qui se passe à l'intérieur de la singularité. Pire encore: ce à quoi nous arrivons viole plusieurs règles ou lois universelles à la fois.
Le plus gros problème a à voir avec la façon dont le trou noir traite les informations - des informations qui décrivent les propriétés quantiques de tout ce que le trou noir a avalé. Les physiciens disent que l'information ne peut pas - ne devrait pas - être détruite, mais cela semble être ce qui se passe quand elle est aspirée par l'inévitable singularité. Ce mystère, appelé le paradoxe de l'information du trou noir, est extrêmement important, mais nous y reviendrons plus tard.
Qu'est-ce qu'une étoile Planck?
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L'étoile de Planck repose sur ce que l'on appelle l'hypothèse du «gros rebond»; selon cette théorie, l'univers s'est adapté à un cycle sans fin de mort et de renaissance. En d'autres termes, le Big Bang n'était pas nécessairement le début de tout - juste cette version de l'univers. Avant le nôtre, il y avait un autre univers: après une expansion excessive, il se contractait, s'effondrait et recommençait (quelque chose comme la réincarnation, uniquement à l'échelle cosmique).
On pense que ce rebond est précédé d'une contraction, à l'opposé du Big Bang, lorsque l'expansion de l'univers s'arrête à un certain point - en particulier, lorsque la densité moyenne de l'espace-temps devient critique. Après le début de l'effondrement, toute la matière existante devrait s'effondrer dans un état superdense (peut-être quelque chose de similaire à une singularité de trou noir).
Le rebond commencera dès que la matière sera comprimée à l'échelle de Planck; du moins c'est ce que dit la théorie. Les scientifiques estiment que si l'on reconsidère les conséquences d'une éventuelle compression importante, on peut, en théorie, reconsidérer le comportement des trous noirs.
Et si, au lieu d'un noyau de supernova s'effondrant en un point infiniment dense (singularité) - selon notre hypothèse que c'est ainsi que se forment les trous noirs de masse stellaire - cet effondrement est suspendu par la "pression quantique", qui ressemble à quelque chose qui "empêche un électron de tomber sur le noyau atome ".
Cette idée en elle-même n'est pas si absurde. Après tout, une pression spéciale - la dégénérescence des neutrons - peut empêcher une étoile de s'effondrer à un certain seuil de masse (laissant derrière elle des étoiles à neutrons ou des pulsars), tandis que la dégénérescence des électrons accomplit la même tâche pour les étoiles pesant le poids de notre Soleil.
En outre, l'effet quantique qui empêche la matière de s'effondrer à une densité infinie, pensent les scientifiques, à grande échelle signifierait que le rebond «ne se produit pas lorsque l'univers atteint la taille de Planck, comme prévu précédemment; il se produit lorsque la densité d'énergie de la matière atteint la densité de Planck. L'univers «rebondit» lorsque la densité d'énergie de la matière atteint l'échelle de Planck, la plus petite taille possible en physique ».
«En d'autres termes, la gravité quantique peut devenir pertinente lorsque le volume de l'Univers est 75 ordres de grandeur supérieur à celui de Planck», écrivent les auteurs de l'article publié dans le bloc arXiv.
À la recherche de l'étoile de Planck
Bien sûr, si l'un de ces "objets" existe, il sera d'une taille inimaginable (même en comparaison avec un atome), avec un diamètre de 10 ^ -10 centimètres. Et pourtant, il sera 30 ordres de grandeur plus grand que la longueur de Planck (qui est 1,61619926 x 10 ^ -35 mètres).
Quant à la façon dont l'étoile de Planck ressemblera à l'observateur, et c'est vraiment intéressant, le facteur de dilatation du temps sera particulièrement évident. Le temps, à mesure qu'il se déplace, ne va pas de la même manière pour chacun. Il s'écoule différemment à la surface de la Terre et en orbite terrestre basse, bien que l'effet soit négligeable. La vitesse à laquelle les tiques temporelles devraient varier considérablement autour d'étoiles et de planètes massives, ainsi qu'autour des trous noirs.
Avant que la lumière ne traverse l'horizon des événements, elle commence à ressentir la dilatation du temps. Nous ne pouvons pas en être sûrs - nous ne savons même pas ce qui se passe dans les trous noirs - mais certains des meilleurs esprits du monde suggèrent que le temps s'arrête presque complètement là. Mais vous ne pouvez pas le voir de l'extérieur.
Si cela est difficile à comprendre et si vous avez vu le film Interstellar, souvenez-vous de l'épisode avec le monde de l'eau. (Alerte spoil). En raison de sa proximité avec Gargantua - le trou noir, le trou de ver par lequel l'équipe est passée - une heure pour les personnes à la surface de la planète était égale à des dizaines d'années ailleurs. Pour cette raison, et malgré le fait que le premier humain ait atterri sur cette planète dix ans plus tôt, il est tout à fait possible que la femme astronaute n'y soit restée que quelques heures jusqu'à l'arrivée du deuxième groupe. Sa balise était active, mais aucune transmission n'a été reçue.
Même ainsi: toute étoile de Planck ne peut vivre qu'un instant avant le «rebond»: une «durée approximative dont la lumière a besoin pour la surmonter». Mais pour un observateur extérieur, il vivra des millions, voire des milliards d'années … continuant à exister aux côtés du trou noir lui-même.
Moins de problème
À ce stade, vous commencez à comprendre exactement ce que les physiciens voient dans ce modèle purement théorique. En fin de compte, cela revient au paradoxe du trou noir et de l'information. Selon les scientifiques, si l'on remplace la singularité par une étoile de Planck, ce paradoxe cesse d'être un problème.
Ils soutiennent qu'après un temps X, les trous noirs, qui perdent lentement de la masse au cours de leur vie en raison de l'émission progressive du rayonnement Hawking, finiront par entrer en collision avec l'expansion des étoiles de Planck dans leur noyau: à un moment donné, toutes les informations qu'il stocke seront libérées …
Quoi d'autre? Les scientifiques disent que les étoiles de Planck peuvent "produire un signal détectable, d'origine gravitationnelle quantique, d'une longueur d'onde de l'ordre de 10 à 14 cm". En d'autres termes, il peut y avoir un moyen d'en trouver une, ou au moins de restreindre la plage de recherche en examinant certaines signatures de rayons gamma. Peut-être avons-nous déjà trouvé une telle signature, nous ne la connaissons tout simplement pas.
Ilya Khel
