Pour la première fois, des scientifiques ont observé une quantité d’énergie ressortir d’un trou noir… et voilà ce que ça nous apprend sur notre univers

Atlantico.fr : Récemment, des physiciens ont découvert des entités appelées "trous noirs extrêmes". Qu’ont-ils de particulier ?

Olivier Sanguy : On parle aussi de trou noir extrémal. C’est un trou noir qui a la masse la plus faible possible par rapport à sa charge électrique et sa rotation. Bref, le plus petit possible vu sa rotation sur lui-même. Il faut comprendre que si les trous noirs, les «classiques», pas ceux que vous venez d’évoquer, ont tout d’abord été des objets théoriques, leur existence est aujourd’hui constatée par l’observation. Bien sûr, un trou noir n’est pas observable directement étant donné sa nature puisque rien n’en échappe, pas même la lumière. Mais les effets d’un trou noir sur son environnement, par exemple le disque d’accrétion autour de lui, sont très bien observés. En revanche, le trou noir extrémal reste un objet théorique.

Selon le physicien Stephen Hawking, lorsqu'un trou noir chargé s'évapore et se rétrécit de la manière décrite par celui-ci,  il atteint finalement une limite extrême et devient aussi petit que possible. Il ne peut alors plus s’évaporer. Mais l’idée qu'un trou noir extrême cesse de rayonner et reste à un endroit précis semble invraisemblable selon plusieurs physiciens. Pour quelles raisons  ?

Justement à cause de ce que vous avez dit. Même si le trou noir extrémal est un objet théorique, son modèle doit tenir debout et donc respecter les lois de la physique telles qu’elles sont connues. L’exercice peut sembler abstrait, mais la science avance parfois, voire souvent, en poussant ses modèles théoriques à l’extrême pour justement en chercher les limites, éventuellement y trouver des failles et ainsi progresser. C’est un peu le principe du crash test. Imaginez une métaphore automobile (qui a ses limites bien sûr). Vous avez conçu une voiture qui sur le papier protège ses passagers jusqu’à telle vitesse en fonction de vos connaissances. Très bien. Et bien il y a un moment où il faut envoyer cette voiture contre un mur à la vitesse dite pour s’en assurer. Si ça ne marche pas, vous retournez à la planche à dessin et peut-être aussi vous rendrez-vous compte que les connaissances employées sont incomplètes. Pour revenir au trou noir extrémal, le «crash test» se passe mal puisqu’on obtient un trou noir qui cesse de rayonner et qui ne peut donc plus s’évaporer (processus extrêmement lent) par la radiation de Hawking, en contradiction avec ce qu’on sait. Il faut donc chercher des solutions.

Dans cette logique, qu’advient-il des trous noirs extrêmes ?

Des physiciens ont travaillé sur des théories très intéressantes qui permettent de sortir de cette apparente contradiction. La théorie des supercordes l’expliquerait par exemple. D’autres avancent qu’un trou noir extrémal atteignant sa limite (son horizon des événements qui dépend de sa masse se «rétrécit» jusqu’à un autre horizon qui dépend de sa charge électrique) se divise en 2 trous noirs, un plus chargé que l’autre. Mais cette solution pose un autre problème : un des 2 trous noirs aurait une charge supérieure à sa masse, ce qui est impossible. Sauf en faisant appel à la gravité quantique, branche de la physique cherchant à unifier la relativité générale et la mécanique quantique. Une unification qui n’est pas encore faite ! Je suis très loin d’être le mieux à même de parler de ce sujet très pointu. Je suis bien plus à l’aise avec les fusées, les sondes spatiales ou les astronautes ! Toutefois, je suis fasciné par ces champs de recherche qui peuvent sembler extrêmement théoriques, voire déconnectés de nos préoccupations. Car en fait, ils ne sont pas déconnectés : c’est en cherchant à comprendre notre Univers qu’on progresse en science fondamentale, elle-même la base d’applications pratiques plus tard, voire bien plus tard. C’est un investissement pour notre avenir.