Les trous noirs en pleine lumière

mardi 22 mai 2012
par  Jacques

N°30- LES TROUS NOIRS EN PLEINE LUMIÈRE.
Michel Cassé - O.Jacob - 04/09 - 210 pages - Tout lecteur initié.

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RÉSUMÉ : Navigation forcée dans la physique et l’astronomie des trous noirs de chétive proportion mais de grande illumination. A la veille des grandes révélations du LHC et du satellite FERMI, aimons-les comme nos prothèses sensitives, nos dentiers à mordre l’idéal,…le vrai et le bel invisible !

MOTS CLÉ : singularité, zéro, infini, espace-temps.

L’AUTEUR : Michel Cassé est astrophysicien, directeur de recherche au CEA et chercheur à l’IAP.

« Les trous noirs quantiques sont les obélisques dressées en relativité générale (RG) et mécanique quantique (MQ). Le débat entre les deux clans bat son plein, et les esprits s’échauffent ». Comme de vrais trous noirs (TN) ! Et qui dit rayonnement, dit température, donc entropie, donc information. Existe-t-il pour ces TN rayonnants, des états microscopiques élémentaires dont le logarithme donne l’entropie ? Pourquoi l’entropie est-elle proportionnelle à la surface et non au volume, suivant une certaine loi des aires (conjecture holographique) ? Et finalement où passe cette information dont la conservation est condition de la prédictibilité quantique ?

Avec Roland Lehoucq, Michel Cassé s’est entiché des mini-trous noirs (MTN) primordiaux, sur le fil de l’hypothèse (raisonnable) qu’ils suivent la distribution de la matière noire dont les simulations numériques indiquent une concentration dans le noyau Galactique. Une soustraction précise d’avec les rayons cosmiques en interaction avec matière et photons devrait conduire à un spectre (nombre de photons en fonction de leur énergie) thermique caractéristique d’un corps noir rayonnant. A moins de se pencher sur la production égale de protons/antiproton du rayonnement Hawking ? A ce jour, leur insignifiance cosmique impose aux théories centrées sur le boson de Higgs, les super symétries et les extra-dimensions bouclées, des révélations à grands frais, des paniers fleuris de leur masse et de leur température, comme les débris des chocs (LHC). A la différence de leurs congénères massifs, mis bas par les étoiles géantes ou les restes de supernovæ, les MTN sont inoffensifs. Ils s’évaporent aussitôt formés, et lancent des feuilles mortes sur ces lignes d’univers où grimpent des épines.

Une nouvelle physique émerge de l’idée que l’espace vide est un milieu hautement structuré, susceptible d’exister dans différents états et d’en changer sous l’effet d’une sollicitation violente. L’astrophysique des TN repose sur les notions de pression quantique (Chandrasekhar-1930), sur le concept d’horizon (R=2GM/c²- Schwarzschild-Oppenheimer-Snyder-1939), et sur leur température (T=hc³/8∏GM), associés aux concepts de fluctuations quantiques du vide et de singularité. Les détails du langage mathématique feront les délices (chap2) des amateurs d’analyse dimensionnelle où l’égalité d’une longueur quantique et d’une longueur gravitationnelle, nous apprend qu’un TN primordial expirant aujourd’hui devrait est émetteur gamma. Reste plus qu’à questionner nos yeux en orbite, tel EGRET ou FERMI lancé en 2008 !

Que se trame-t-il à l’intérieur d’un TN ? L’espace-temps, métriqué par Minkowski autour de l’intervalle invariant ds²=c²dt²-dl², tortueux et torturé au point que le temps se fait spatial et l’espace temporel ? La RG façonne cette métrique par la matière intégrant l’espace-temps dans sa dynamique, dans une équation aux membres de marbre fin et de bois brut. Reste à y intégrer cet édulcorant qu’est la quantique, à ce jour indépendante de tout cadre spatio-temporel. Mais qui sont ces singularités qui sifflent sur ces courbures extrêmes où espace et temps échangent leurs masques ?

Avec ces briseurs de certitudes que furent Pauli, Heisenberg, Dirac et Feynman, les antiparticules, puis les particules virtuelles font fleurs sur l’enclume du vide comme des étincelles ! Le vide (de particules réelles), se remplit de paires particules/antiparticules virtuelles, comprises comme bourgeons de fluctuations quantiques, ne pointant que le temps t=E/h et dans la petite région L=ct. Parfois juste assez pour franchir le tunnel, où l’une des composantes se matérialise de l’autre côté du miroir, par mutation du signe de l’énergie. Voilà comment un TN s’évapore en particules réelles (effet Hawking-70), en conformité avec le principe d’indétermination. Ainsi doté d’une température (Unruh-Hawking), voilà un horizon qui devrait donc briller, sans être éclairé.

Que faire de ces principes physiques si ce n’est tenter de les généraliser : tout se passe comme si les variations importantes de la métrique (plus précisément les dilatations du temps), avaient pour effet l’émergence de particules « réelles ». Comme si les particules perçaient d’une altération de l’espace-temps de Minkowski ! Virtuelles pour les uns, à moitié d’entre elles pour les autres. En partie réconcilié avec les effets de perspective dus au mouvement inertiel de l’observateur, il faudra s’accommoder à cette réalité matérielle, dépendante du mouvement accéléré de l’observateur, passage (semble-t-il ?) obligé pour une théorie quantique de la gravitation. Avec Weyl, Kaluza et Klein, la matière devait déjà se diluer dans la géométrie. Les nouvelles dimensions, toutes en fils et en boucles ajoutées en chaque point de l’espace-temps, assuraient l’éclosion de nouvelles particules lourdes. Le graviton semblant seul autorisé à évoluer dans cette arrière boutique bouclé. Émerge enfin et surtout de cette débauche dimensionnelle une nouvelle longueur de Planck. Ramenée à 1TeV, elle devient à portée de machine, et devrait permettre de faire fleurir des MTN, de les voir éclore, et en un clin d’œil s’évaporer.

En physique, généralement, tout ce qui n’est pas interdit se produites. Les TN de tout poils, et même ceux sans cheveux, devraient donc exister. Leur mécanisme d’évaporation pourrait être ce terrain d’entente des diverses composantes de la science d’aujourd’hui où l’on voit la matière qui pense, se pencher sur son passé de matière inerte. Dans ce contexte où toute parole devient lumière, nous retiendrons de ce brillant exposé, que les MTN sont une des prédictions les plus intéressantes liées aux dimensions multiples de l’espace-temps. Elles deviennent accessibles, et c’est aux rayons gamma et aux antiprotons de nous battre la mesure de ces silences encombrants et qui viennent de loin. Baignés par le talent gersois de Michel Cassé, ces vides où l’on descend, se font horizon d’attente, dans un ciel tout froissé de détails révélés. Rien ne semble nécessaire et tout fait la grimace à ces idées qui s’en vont pas à pas.

Jacques Cazenove



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