Les trous noirs pourraient ne pas exister : ils seraient en réalité des gravastars

Les trous noirs, prévus par la théorie générale de la relativité d’Einstein, sont des objets mystérieux qui défient notre compréhension de la physique. Ces énigmes de l’Univers possèdent un horizon des événements, une région où rien ne peut s’échapper, pas même la lumière. En leur centre résiderait une singularité infiniment dense où les lois de la physique s’effondrent. Cependant, certaines observations et théories récentes suggèrent que ce que nous appelons les trous noirs pourraient en fait être quelque chose de totalement différent : les gravastars. Les résultats de cette nouvelle étude sont publiés dans la revue Physical Review D.

Les paradoxes des trous noirs

Les trous noirs sont souvent décrits comme des régions de l’espace où la gravité est si intense que même la lumière ne peut s’échapper. Cette caractéristique est due à l’horizon des événements, une frontière théorique autour du trou noir. Au-delà de cette limite, toute matière ou rayonnement est irrémédiablement attiré vers le centre du trou noir, où se trouve une singularité infiniment dense. Cette singularité défie les lois de la physique telles que nous les comprenons actuellement, car elle représente un point où les densités deviennent infinies et où les concepts classiques de l’espace et du temps s’effondrent.

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L’un des défis majeurs posés par les trous noirs est le paradoxe de l’information. Selon les lois de la thermodynamique, un trou noir, ayant une masse, devrait avoir une température et émettre de la chaleur. Stephen Hawking a montré que les trous noirs émettent un rayonnement, aujourd’hui appelé rayonnement de Hawking, qui se forme à la frontière du trou noir. 

Selon l’astrophysicien français Jean-Pierre Luminet dans une revue de 2016, ce rayonnement soulève un paradoxe : si un trou noir peut s’évaporer, une partie de l’information qu’il contient est perdue à jamais. Cela contredit un principe fondamental de la mécanique quantique. L’équation de Schrödinger stipule que les systèmes physiques qui changent au fil du temps ne peuvent ni créer ni détruire l’information, une propriété connue sous le nom d’unitarité.

La théorie des gravastars

Face à ces paradoxes, des physiciens ont proposé des solutions audacieuses. Les trous noirs que nous observons pourraient-ils être autre chose ? L’une des hypothèses les plus intrigantes est celle des gravastars (contraction de « gravité », « vide » et « étoiles »), un concept introduit en 2002 par Pawel O. Mazur et Emil Mottola. 

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Selon cette théorie, l’effondrement des étoiles massives pourrait former un nouvel état de la matière semblable à un condensat de Bose-Einstein (BEC). Ce dernier est constitué d’atomes refroidis à des niveaux d’énergie si bas qu’ils commencent à se comporter comme un seul « super-atome ».

Dans le cas des gravastars, lorsque l’étoile s’effondre, au lieu de former une singularité et un horizon des événements, la matière de l’étoile se transforme en un nouvel état qui exerce une pression extérieure, empêchant l’effondrement complet. Cela crée une coquille incroyablement mince, extrêmement froide et sombre autour de l’objet. Selon M. Mottola dans un communiqué, cette coquille est extrêmement durable mais légèrement flexible, et toute matière tombant sur le gravastar serait assimilée à cette coquille. 

Observation et réalité

Les gravastars éliminent donc les horizons des événements et les singularités. Cependant, des objets ont été observés dans l’Univers qui semblent posséder les propriétés des trous noirs. Par exemple, l’image du trou noir M87* semble confirmer l’existence des trous noirs tels que décrits par la relativité générale. Cependant, ces observations pourraient également être expliquées par la théorie des gravastars. 

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Selon João Luís Rosa, professeur de physique à l’université de Gdańsk, en Pologne, et auteur d’une nouvelle étude sur les gravastars, la principale différence est que, dans le cas des gravastars, l’ombre observée n’est pas due à la capture de la lumière par l’horizon des événements, mais à un phénomène appelé « décalage vers le rouge gravitationnel ». Ce phénomène fait que la lumière perd de l’énergie lorsqu’elle traverse une région avec un champ gravitationnel intense, créant une ombre similaire à celle observée autour des trous noirs.

Un des défis majeurs pour les gravastars est leur stabilité, surtout lorsqu’ils sont en rotation. Certains modèles suggèrent que les gravastars ne seraient pas stables lorsqu’ils tournent. De plus, les gravastars pourraient avoir une structure interne complexe avec une coquille plus épaisse appelée nestar, rendant leur structure encore plus complexe. La distinction entre les trous noirs et les gravastars reste difficile, bien que certains modèles prédisent qu’ils devraient émettre des rayonnements gravitationnels différents. Cette hypothèse nécessite encore des vérifications expérimentales. Par ailleurs, voici 5 alternatives qui défient notre conception de l’Univers.