Une étude récente suggère qu’il serait impossible de créer des trous noirs à partir de la lumière

Une étude récente remet en question l’un des concepts de la cosmologie moderne : la possibilité de créer des trous noirs à partir de la lumière. Alors que la théorie de la relativité générale d’Einstein prévoyait cette possibilité théorique, de nouvelles recherches suggèrent que les trous noirs constitués uniquement de lumière, appelés « kugelblitze », sont impossibles dans notre Univers. 

Le concept de Kugelblitz

Les trous noirs sont des objets célestes fascinants, caractérisés par une force gravitationnelle si intense que même la lumière ne peut s’en échapper. Ils se forment généralement lorsque des étoiles massives s’effondrent sur elles-mêmes à la fin de leur cycle de vie. Pourtant, certaines théories exotiques ont proposé que des trous noirs pourraient aussi se former par d’autres moyens.

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L’une de ces hypothèses est celle du « kugelblitz », un terme allemand signifiant « foudre en boule ». Un kugelblitz serait un trou noir créé non pas par l’effondrement de matière ordinaire, mais par la concentration d’une immense quantité de rayonnement électromagnétique, telle que la lumière. 

Selon José Polo-Gómez, coauteur de l’étude et physicien à l’université de Waterloo, la lumière, bien que sans masse, transporte de l’énergie et pourrait théoriquement courber l’espace-temps au point de créer un trou noir si elle est suffisamment concentrée dans un petit volume. Dans le cadre de la relativité générale d’Einstein, ce principe est possible.

Les limitations

Toutefois, cette théorie classique ne prend pas en compte les effets quantiques. Pour explorer comment les phénomènes quantiques pourraient influencer la formation d’un kugelblitz, les chercheurs ont étudié l’effet Schwinger.

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L’effet Schwinger est un phénomène quantique dans lequel des champs électromagnétiques intenses peuvent créer des paires électron-positron (par exemple, en raison d’énormes concentrations de lumière). Selon l’auteur principal de l’étude, Álvaro Álvarez-Domínguez, de l’Institut de physique des particules et du cosmos (IPARCOS) de l’université Complutense de Madrid, un autre nom pour ce phénomène est la polarisation du vide. 

À travers leur recherche, l’équipe a calculé la vitesse à laquelle ces paires électron-positron, produites par un champ électromagnétique, perdent de l’énergie. Un kugelblitz ne peut émerger si ce taux est supérieur au taux de reconstitution de l’énergie du champ électromagnétique dans cette zone particulière.

Leur étude a démontré que même avec les concentrations de lumière les plus extrêmes, il est impossible pour la lumière pure d’atteindre le seuil d’énergie nécessaire à la formation d’un trou noir. Selon Luis J. Garay, coauteur de l’étude, même les lasers les plus puissants de la Terre ne pourraient atteindre l’intensité requise pour créer un kugelblitz.

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Implications théoriques et pratiques

Cette découverte a d’importantes répercussions théoriques et expérimentales. Elle écarte la possibilité de créer des trous noirs en laboratoire par des moyens électromagnétiques. Cependant, les résultats offrent une perspective positive en montrant comment les effets quantiques peuvent être intégrés dans les problèmes de gravité, apportant ainsi des solutions aux questions scientifiques contemporaines.

Polo-Gómez souligne que ce travail illustre le rôle potentiel des effets quantiques dans la compréhension de la formation et de la nature des objets astrophysiques. Cette étude a inspiré les chercheurs à poursuivre l’exploration des interactions entre la mécanique quantique et la gravité. 

L’équipe, comprenant des membres tels qu’Eduardo Martín-Martínez de l’université de Waterloo, envisage d’étudier des scénarios où la matière quantique pourrait défier les conditions énergétiques classiques. Ces recherches pourraient mener à des découvertes sur les espaces-temps exotiques, avec des phénomènes comme la gravité répulsive et des structures théoriques telles que les moteurs de distorsion et les trous de ver traversables.

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Par ailleurs, une « faille cosmique » remet en question la théorie de la relativité générale d’Einstein.