Ce qui tombe dans un trou noir, reste dans un trou noir, du moins selon les lois de la relativité générale. Mais maintenant, de nouvelles recherches suggèrent que le matériau à l’intérieur du trou noir pourrait laisser une empreinte quantique sur le champ gravitationnel à l’extérieur.
Si cela est vrai, cette découverte résoudrait un problème de longue date en physique, le paradoxe de l’information sur les trous noirs de Stephen Hawking. Dans les années 1970, Hawking a calculé que trous noirs pourraient ne pas être entièrement à sens unique ; ils pourraient émettre un rayonnement thermique, maintenant connu sous le nom de rayonnement de Hawking. Cependant, ce rayonnement de Hawking est un simple rayonnement thermique, ou chaleur, et ne porte aucune information sur l’origine du trou noir ou sur la matière qui avait disparu à l’intérieur. En d’autres termes, mesurer le rayonnement lui-même ne vous dira rien de son histoire.
Le paradoxe vient du fait que les lois de mécanique quantique maintenez que les informations ne peuvent pas être perdues ; connaître l’état final d’un objet vous donne des indices sur son état initial, vous permettant de “rembobiner le film”, a déclaré Xavier Calmet, physicien à l’Université du Sussex en Angleterre qui a dirigé la nouvelle recherche. Si un trou noir engloutit l’information de manière irrévocable, ces lois ne peuvent pas être justes. La contradiction fait des trous noirs l’endroit idéal pour tester comment la mécanique quantique et la théorie de la théorie générale d’Albert Einstein relativité emboîter.
“Ce que nous montrons, c’est que les deux théories sont beaucoup plus compatibles que ce que les gens avaient imaginé, qu’il n’y a pas de paradoxe”, a déclaré Calmet à Live Science.
Trous noirs poilus
L’idée que les trous noirs ont très peu de caractéristiques pour les distinguer les uns des autres s’appelle le théorème de l’absence de cheveux, une métaphore popularisée pour la première fois par le physicien John Wheeler. L’idée est qu’au-delà de la masse, de la charge et du spin, les trous noirs n’ont pas de caractéristiques distinctives – aucune coiffure, coupe ou couleur pour les différencier.
Dans leur nouvel article, publié le 17 mars dans la revue Lettres d’examen physique, Calmet et ses collègues ont découvert que les trous noirs peuvent effectivement avoir des cheveux, bien que des cheveux très subtils. Les chercheurs travaillent en gravité quantique, un domaine qui cherche à comprendre les forces gravitationnelles grâce à la mécanique quantique. À l’aide de calculs développés au cours de la dernière décennie, l’équipe de recherche a comparé deux étoiles théoriques qui s’effondrent dans des trous noirs de même taille, charge et spin, mais qui ont une composition chimique initiale différente. Le théorème sans cheveux voudrait qu’il soit impossible de dire si les étoiles qui ont formé ces deux trous noirs étaient initialement différentes l’une de l’autre.
Mais les calculs calculés ont montré qu’il y avait des différences dans le champ gravitationnel autour du trou noir. Plus précisément, les informations sur la composition du trou noir ont été stockées dans des gravitons, une particule élémentaire hypothétique qui médie les forces gravitationnelles dans la gravité quantique.
“Nous avons découvert que la gravité quantique nous permet de trouver la différence dans le champ gravitationnel”, a déclaré Calmet. “Il y a un souvenir dans le champ gravitationnel de ce qui est entré dans le trou noir.”
Résoudre un paradoxe ?
Des efforts sont faits pour rechercher fuite d’informations des trous noirs. L’observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) observe les ondes gravitationnelles, qui sont des ondulations spatio-temporelles créées par des objets massifs, y compris des trous noirs. En 2037, l’Agence spatiale européenne prévoit de lancer trois engins spatiaux pour détecter les ondes gravitationnelles de l’espace, une mission connue sous le nom d’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA).
Mais les effets de graviton suggérés dans les nouveaux calculs sont subtils et ne seraient probablement pas observables avec la technologie actuelle, a déclaré Calmet. Il peut éventuellement y avoir des simulations qui peuvent gérer la subtilité. Le rayonnement de Hawking n’a pas non plus été directement observé dans un vrai trou noir, bien qu’il a été vu dans des simulations de trous noirs.)
Les découvertes ont suscité l’intérêt de la communauté des physiciens, a déclaré Calmet, bien qu’il ne s’attende pas à ce que les résultats soient acceptés du jour au lendemain. “La plupart des gens s’attendaient à ce que vous deviez changer la physique d’une manière ou d’une autre pour que cela fonctionne”, a-t-il déclaré à propos du paradoxe de l’information sur les trous noirs.
Calmet et son équipe espèrent maintenant utiliser leurs découvertes pour approfondir les possibilités de la gravité quantique, qui est encore un domaine avec de nombreuses théories concurrentes et aucune réponse claire sur laquelle est correcte.
“Cela pourrait nous aider à aller vers une théorie de la gravité quantique”, a déclaré Calmet.
Publié à l’origine sur Live Science.