Vous avez 100 questions sur les trous noirs ? Jean-Pierre Luminet y répond !

« Vous avez peut-être apprécié ce cours et décidé que vous aimeriez faire une thèse en relativité générale. NE LE FAITES PAS. EinsteinEinstein a passé les trente dernières années de sa vie à travailler sur la relativité générale, et cela n'a mené à rien. Et il était plus intelligent que vous ! ». Ainsi s'exprimait Sidney Coleman en 1966 en conclusion de son cours sur la relativité, restreinte et générale, une des légendes de la physique théorique révérée pour son enseignement à l'université d'Harvard. Il avait été l'élève du prix Nobel Murray Gell-Mann et il surpassait un autre prix Nobel légendaire dans la maîtrise de la théorie quantique des champs, à savoir Steven Weinberg.

Le remarquable cours de Coleman sur la relativité générale vient d’être édité tout récemment et il n'est pas sans rappeler celui sur la gravitation donné quelques années plus tôt à Caltech par Richard Feynman par certains côtés, tout en étant plus complet.

Cet avertissement décourageant (partiellement basé sur une curieuse méconnaissance des accomplissements d'Einstein de 1925 à sa mort en 1955, à savoir la théorisation des lentilles gravitationnelles, la découverte des trous de ver et la tentative de dérivation de la loi du mouvement des particules chargées à partir de la loi de la gravitation, en compagnie de Leopold Infeld et Banesh Hoffmann, qui a tout de même conduit à certains résultats) de Coleman, un autre futur prix Nobel, Kip Thorne, l’avait reçu quelques années avant .Il ne l'a pas écouté, et heureusement il n'était pas le seul puisqu'il va s'engager avec John Wheeler dans une thèse qu'il passera en 1965.

Il défrichera à partir de ce moment-là et avec d'autres chercheurs, comme Steven Hawking et Roger Penrose, la physique des trous noirs, en prélude à ses travaux et son engagement qui vont conduire à la détection des ondes gravitationnellesondes gravitationnelles sur Terre avec LigoLigo et VirgoVirgo.

Ce fut le cas aussi des chercheurs français Alain Brillet et Thibault Damour.

L'âge d'or de la théorie des trous noirs

Très lucide sur la révolution en cours pendant les années 1960 dans le domaine de la physique des particules avec l'essor de la théorie des quarks et des théories de jaugethéories de jauge complétées par le mécanisme de Brout-Englert-Higgs, Coleman est donc passé à côté de ce qui a été rétrospectivement appelé l'âge d'or de la théorie des trous noirs, allant de 1963 à 1973, et qui va voir l'établissement des principales propriétés des trous noirs et de leurs rôles possibles en astrophysiqueastrophysique et cosmologiecosmologie. Pour les curieux et courageux, on peut prendre connaissance du contenu de l'essentiel des découvertes de cet âge d'or dans le livre de Robert Wald.

Cet âge d'or commence par la découverte en 1963 par le mathématicien néo-zélandais Roy Kerr de la solution des équationséquations d'Einstein décrivant un trou noir en rotation et se termine par celle du rayonnement quantique des trous noirs par Steven Hawking en 1973.

On se doit de rappeler aussi que c’est grâce à l’essor de l’astronomie X qu’en 1971 le premier candidat au titre de trou noir a été découvert, candidat confirmé dans sa nature par la suite, ou pour le moins conforté, car à strictement parler une preuve totalement irréfutable de l’existence des trous noirs manque encore.

Toutefois, une accumulation d'observations et d'arguments théoriques, notamment depuis les observations de Ligo, Virgo et de l'Event Horizon Telescope, ne rendent guère raisonnable la majorité des doutes quant à l'existence d'astresastres compacts doués d'un horizon des événementshorizon des événements, c'est-à-dire d'une sorte de membrane fermée interdisant à tout corps pénétrant dans la région qu'elle entoure de s'en échapper, car il lui faudrait pour cela dépasser la vitesse de la lumièrevitesse de la lumière.

100 questions sur les trous noirs

La France est grandement passée à côté, elle aussi, de l'âge d'or de la théorie des trous noirs, en partie sans doute parce qu'ils étaient encore plus qu'ailleurs considérés comme de simples curiosités mathématiques sans contact avec la réalité expérimentale aux yeuxyeux de certains encore trop prisonniers des conceptions du positivisme d'Auguste ComteAuguste Comte. Mais au cours des années 1970, déjà avec l'École de physique des Houches que la physicienne et mathématicienne française Cécile DeWitt-Morette avait fondée en 1951, elle va commencer à combler son retard et c'est ainsi que Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminet va entreprendre lui aussi de passer une thèse sur la relativité générale avec un des acteurs de leur révolution, l'Australien Brandon Carter - qui prenait à ce moment-là la tête d'un groupe d'astrophysique relativiste à Paris, comme il l'explique dans la vidéo ci-dessus.

Les lecteurs de Futura connaissent bien Jean-Pierre Luminet, lauréat du prix Unesco-Kalinga, prix prestigieux déjà attribué aux prix Nobel Louis de BroglieLouis de Broglie, Bertrand RussellBertrand Russell et à Arthur Clarke pour ne citer qu'eux en exemple. Nous avions parlé de deux de ses derniers livres - l'un consacré à la théorie quantique de la gravitation et l'autre à des histoires extraordinaires d’astronomes - ces dernières années, et il avait déjà répondu pour nous de façon simple à plusieurs questions sur les trous noirs lors d'une interview ayant donné lieu à des vidéos comme celles présentées plus haut dans cet article.

Jean-Pierre Luminet revient donc sur le devant de la scène en cette fin d'année non plus pour ses travaux sur les premières images des trous noirs révélées par la collaboration Event Horizon Telescope qu'il a été le premier à prédire à l'aide d'un ordinateurordinateur en 1979, mais pour son ouvrage grand public paru aux éditions Tallandier - bien loin des cours savants de Coleman, Feynman, Thorne et Penrose - dans lequel il répond comme dans les vidéos précédentes à 100 questions que tout un chacun peut se poser sur les trous noirs.

Voici quelques-unes de ces questions :   

• Comment définir simplement un trou noir ?
• Quand a-t-on imaginé pour la première fois leur existence ?
• Est-il vrai que les trous noirs ralentissent le temps ?
• Que se passe-t-il à l'intérieur ?
• Pourrait-on voyager dans l'espace en utilisant les trous de ver ?
• Un trou noir menace-t-il le Système solaireSystème solaire ?
• Notre UniversUnivers est-il un gigantesque trou noir ?