quel est le rayonnement Hawking qui les fait « s'évaporer »

LE trous noirs ce sont des objets astrophysiques prédits par relativité générale par Albert Einstein avec une gravité si élevée qu'elle plie l'espace-temps au point de ne même pas permettre à la lumière de s'échapper de l'intérieur. C’est précisément le fait que rien ne peut sortir des trous noirs qui rend leur observation directe extrêmement compliquée, ce que les astronomes n’ont réussi à faire que ces dernières années. Cependant, il n’est peut-être pas vrai que les trous noirs soient complètement sombres : une théorie du physicien anglais Stephen Hawkingnon prouvé expérimentalement mais généralement accepté par la communauté scientifique, affirme que les trous noirs peuvent émettre un faible rayonnement, nommé en son honneur. Rayonnement de Hawking, capable de les rendre – du moins en théorie – un peu brillants. Ce rayonnement ferait perdre très lentement de la masse aux trous noirs, dans un phénomène connu sous le nom de évaporation ce qui conduirait dans très longtemps à la « mort » des trous noirs eux-mêmes. Malheureusement, nous ne pourrons peut-être jamais observer ce curieux phénomène physique.

Qu’est-ce que le rayonnement Hawking qui provoque « l’évaporation » des trous noirs ?

Pour comprendre ce qu’est le rayonnement de Hawking et comment il provoque l’évaporation des trous noirs, il faut d’abord apporter une précision. En physique quantique (qui régit le monde de l'infiniment petit), le vide il n'est pas vide tel que nous l'entendons, mais est fait d'un « bouillonnement » continu de particules virtuelles – c’est-à-dire qui ne peuvent pas être observés directement –, par exemple des paires de particules qui « apparaissent de rien » et disparaissent un instant plus tard, généralement par paires (une avec une énergie positive et une avec une énergie négative, de sorte que l’énergie totale soit toujours nulle). ). Cela se produit parce que le vide entendu au sens quantique possède une certaine énergie, et celle-ci peut être convertie de manière aléatoire en masse pendant des temps très courts.

Maintenant, qu’arrive-t-il à ces particules virtuelles à proximité d’un trou noir, où l’espace-temps est considérablement déformé par l’immense gravité de cet objet ? Le physicien anglais l'a décrit pour la première fois Stephen Hawking dans l'une de ses études en 1975. Dans cet article, Hawking lui-même donnait une explication populaire du phénomène de rayonnement (et donc d'évaporation) des trous noirs.

Imaginons deux particules virtuelles créées par le vide quantique près de la limite qui délimite le trou noir, une avec une énergie positive et une avec une énergie négative. Il se peut que celui qui a une énergie positive parvienne à échapper à l’attraction, tandis que celui qui a une énergie négative se retrouve dans le trou noir. Mais ce dernier a une énergie négative, entrant donc effectivement dans le trou noir réduit son énergie, c'est-à-dire qu'il diminue sa masse. Celui à énergie positive nous apparaîtra comme une émission de rayonnement du trou noir, qui est précisément le Rayonnement de Hawking.

Cette perte continue d'énergie par les trous noirs due au mécanisme émis par Hawking est ce qu'on appelle évaporation de trous noirs. Hawking a également découvert que, tandis que la masse du trou noir diminue en raison de l'évaporation et du rayonnement de Hawking, sa température continue d'augmenter : le trou noir devient plus petit et plus chaud, jusqu'à disparaître complètement (ou presque).

Cette découverte a été possible grâce à une formule d'importance fondamentale, obtenue par Hawking lui-même, qui relie la température des trous noirs à leur masse. Cette formule est si importante qu'elle a même été gravée sur la pierre tombale de Stephen Hawking enl'abbaye de Westminster à Londres.

Pourra-t-on un jour observer ce phénomène ?

Bien que l’évaporation des trous noirs soit un phénomène logique d’un point de vue théorique, son observation expérimentale n’est malheureusement pas si anodine, et ce pour deux raisons principales.

La première est que le rayonnement Hawking est comme ça faible ce qui est en fait impossible à détecter même avec les outils les plus sophistiqués à notre disposition.

La deuxième raison concerne le temps qu'il faudrait à un trou noir pour s'évaporer. Un trou noir d’une masse comme celle du Soleil prendrait bien plus de temps que l’âge actuel de l’Univers, qui est d’environ 14 milliards d’années ! Pire encore si l’on considère les trous noirs plus grands. En fait, le temps d'évaporation augmente avec la masse du trou noir : un trou noir de 20 masses solaires, par exemple, mettrait 8000 fois plus de temps à s'évaporer qu'un trou noir aussi massif que notre étoile !

Le seul espoir d'observer ce phénomène physique fascinant réside peut-être dans l'observation de de très petits trous noirs, avec une masse approximativement égale à celle d'une montagne. Malheureusement, il n’existe actuellement aucune trace d’objets de ce type dans le cosmos. Mais ne désespérons pas : l’Univers est toujours capable de nous surprendre.