Voilà pourquoi les trous noirs n’absorbent pas tout l’Univers

Un trou noir absorbe toute forme de matière ou de rayonnement. La singularité gravitationnelle possède une expansion particulière, sinon elle engloutirait tout l’Univers.

La voracité exceptionnelle d’un trou noir s’explique par l’intensité de son champ gravitationnel. Cette intensité est si puissante qu’elle ne laisse rien s’échapper, même la lumière. Un trou noir est théoriquement invisible, mais des techniques d’observation permettent de déduire sa présence. Avec un pouvoir d’absorption aussi impressionnant, un tel objet pourrait dévorer des galaxies, voire l’intégralité de l’Univers. Si un tel phénomène ne s’est jamais produit, la singularité ne grandirait pas comme on le penserait.

Un trou profond dans le noir
Image par moritz320 de Pixabay

Considéré comme l’un des pères de la théorie des cordes, Leonard Susskind maîtrise le sujet des singularités gravitationnelles. Dans une série d’articles publiée dans l’archive de prépublication arXiv en octobre 2018, le physicien théoricien de l’université Stanford a expliqué pourquoi les trous noirs ne consument pas l’Univers.

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Une expansion vers l’intérieur et non vers l’extérieur

L’introduction de l’espace-temps dans la physique a permis de mieux expliquer de nombreux phénomènes. Le concept repose sur une représentation mathématique de l’espace et du temps. Les deux notions sont considérées comme indissociables. Elles s’influencent également mutuellement. La notion d’espace-temps offre une meilleure compréhension de l’effet d’un trou noir.

Imaginons une large membrane plane et souple sur laquelle on place un objet plus ou moins lourd. Selon la masse de l’objet, la déformation exercée sur la membrane peut être visible ou non. Plus le corps est lourd, plus la déformation sera considérable. Prenons l’exemple d’une boule de pétanque que l’on place sur la membrane. L’objet est tellement lourd qu’il provoquera une extension extrême vers le bas, et non vers le haut. L’expérience permet de visualiser les effets d’un trou noir sur l’Univers.

La membrane souple est assimilée au continuum espace-temps. La boule de pétanque serait alors une singularité gravitationnelle, à la différence que cette dernière devient plus massive en absorbant davantage de matière. Au lieu de grandir en continuant d’absorber l’Univers, les trous noirs connaissent une expansion vers l’intérieur. Cela fait que les singularités gravitationnelles ne constitueraient pas une menace pour l’intégralité de l’Univers.

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Comment expliquer cette expansion vers l’intérieur ?

Pour comprendre comment la matière se comporte dans ce fond super extensible, il faut chercher dans la mécanique quantique. La correspondance anti de Sitter/théorie conforme des champs est la combinaison de deux concepts en physique théorique. Elle décrit comment les particules et leurs forces interagissent. La complexité quantique d’un trou noir se reflète dans son volume.

Aussi ridicule que cela puisse paraître, au sein de l’environnement extrême d’un trou noir, plus de puissance pourrait signifier plus de volume interne, à en croire la modélisation AdS/CFT de Susskind.

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