Les trous noirs pourraient être des « étoiles gelées », selon une étude

Depuis des décennies, les trous noirs fascinent autant qu’ils déconcertent les scientifiques. Ces objets célestes massifs sont généralement décrits comme des régions de l’espace-temps où la gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. Pourtant, une nouvelle recherche propose une interprétation différente et intrigante : les trous noirs pourraient être des « étoiles gelées ». Les résultats de l’étude sont publiés dans Physical Review D.

Les fondements de la théorie des trous noirs

La théorie des trous noirs trouve ses origines dans les travaux d’Albert Einstein et sa théorie de la relativité générale. Ces objets possèdent une caractéristique clé : l’horizon des événements, une frontière au-delà de laquelle toute matière ou lumière qui s’aventure est condamnée à ne jamais revenir. À l’intérieur de cette limite se trouverait une singularité, un point où la densité est infinie et où les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de s’appliquer.

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Un des problèmes majeurs qui hantent les scientifiques est le paradoxe de l’information du trou noir. Ce paradoxe découle du fait qu’un trou noir, possédant une masse, devrait théoriquement émettre un rayonnement, appelé rayonnement de Hawking, en raison des lois de la thermodynamique. Or, si un trou noir s’évapore progressivement par ce rayonnement, l’information contenue dans la matière qu’il a absorbée devrait se perdre, ce qui contredit le principe fondamental de la mécanique quantique selon lequel l’information ne peut être détruite. 

Dans une étude de 2016, l’astrophysicien français Jean-Pierre Luminet insiste sur le fait que cette perte d’information va à l’encontre du postulat de base de l’unitarité en mécanique quantique. L’équation de Schrödinger stipule que les systèmes physiques ne peuvent ni créer ni détruire de l’information, ce que l’on appelle l’unitarité.

L’alternative des « étoiles gelées »

Face à ces difficultés théoriques, certains physiciens ont proposé une autre explication de la nature des trous noirs. Parmi eux, Ramy Brustein, professeur de physique à l’université Ben-Gurion en Israël, suggère que les trous noirs ne seraient pas des singularités telles que décrites par la relativité générale, mais plutôt des « étoiles gelées ». Ces objets ultracompacts, également connus sous le nom d’objets compacts ultradenses (UCO), ne posséderaient ni singularité ni horizon des événements, mais imiteraient parfaitement les propriétés observables des trous noirs. 

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Si cette hypothèse se révélait exacte, elle exigerait une révision fondamentale de la théorie de la relativité générale d’Einstein. L’idée d’étoiles gelées repose sur une interprétation différente du comportement de la matière en conditions extrêmes. Selon cette théorie, la matière à l’intérieur d’un trou noir ne s’effondrerait pas en une singularité, mais serait maintenue par une « pression quantique ». 

Ce concept provient du principe d’incertitude d’Heisenberg, qui stipule que plus on connaît la position précise d’une particule, moins on peut connaître son élan. En d’autres termes, lorsque la matière est comprimée à des densités extrêmes, une force interne générée par cette incertitude quantique empêcherait l’effondrement total en une singularité, stabilisant ainsi l’objet compact.

Les propriétés des « étoiles gelées »

Bien que les « étoiles gelées » partagent de nombreuses caractéristiques avec les trous noirs observés, notamment leur masse et leur rayonnement thermique, elles s’en distinguent par des aspects fondamentaux. Le modèle de l’étoile gelée, inspiré par la théorie des cordes, postule que l’intérieur de ces objets ultracompacts serait dans un état « non classique », c’est-à-dire fortement influencé par des phénomènes quantiques. 

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Selon les chercheurs, l’un des aspects les plus intrigants de ce modèle est l’existence d’une pression radiale positive maximale, qui empêcherait l’effondrement de la matière au centre de l’objet. En revanche, cette pression pourrait s’inverser sous certaines conditions, créant ainsi un état hautement excité, voire un « pare-feu » à l’intérieur de l’étoile gelée. Cette barrière empêcherait l’effondrement ultérieur de la matière vers une singularité.

Si l’hypothèse des « étoiles gelées » se révèle exacte, elle ouvrirait des perspectives nouvelles dans la compréhension de l’Univers. Les différences entre ces objets pourraient être détectées grâce aux futures observations des ondes gravitationnelles générées par la collision de trous noirs. Cependant, avant de pouvoir tester cette hypothèse de manière expérimentale, des recherches plus approfondies sont nécessaires pour comprendre l’intérieur de ces objets. Par ailleurs, cette vidéo montre ce qui se passerait si vous tombiez dans un trou noir.