Depuis leur formalisation dans le cadre de la relativité générale dès 1916, les trous noirs ne cessent d’occuper l’esprit des scientifiques. L’un des problèmes majeurs concernant ces objets cosmiques est la présence d’une singularité gravitationnelle centrale que la théorie d’Einstein est impuissante à décrire. C’est pourquoi les physiciens développent des théories de la gravité quantique afin de résoudre ce problème. Notamment, dans le cadre de la gravité quantique à boucles, des physiciens théoriciens ont montré que la singularité centrale des trous noirs n’existait tout simplement pas.
Les physiciens théoriciens ont mis au point une théorie appelée gravité quantique à boucles (LQG) dans les années 1990, qui associe les lois de la mécanique quantique, à la gravité, expliquant ainsi la dynamique de l’espace et du temps.
Les nouvelles équations d’Ashtekar, Olmedos et Singh décrivent les trous noirs dans le cadre de la gravité quantique à boucles et montrent que la singularité au centre des trous noirs n’existe pas. Le modèle théorique a été publié dans la revue Physical Review Letters.
« Dans la théorie d’Einstein, l’espace-temps est un tissu qui peut être divisé en des parts aussi petites que nous le voulons. C’est essentiellement la cause de la singularité, où le champ gravitationnel devient infini. Dans la gravitation quantique à boucles, le tissu de l’espace-temps a une structure en réseau, qui ne peut être divisée au-delà de la plus petite unité de ce réseau. Mes collègues et moi avons montré que c’était le cas dans les trous noirs et qu’il n’y avait donc aucune singularité » déclare Singh.
Au lieu d’une singularité gravitationnelle centrale, la gravitation quantique à boucles prédit un entonnoir vers une autre branche de l’espace-temps.
« Ces unités géométriques semblables à des tuiles — appelées « excitations quantiques » — qui résolvent le problème de la singularité, sont des ordres de grandeur plus petits que ceux que nous pouvons détecter avec la technologie actuelle, mais nous avons des équations mathématiques précises pour prédire leur comportement » explique Ashtekar, qui est l’un des pères fondateurs de la gravitation quantique à boucles.
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« Au LSU, nous avons mis au point des techniques de calcul de pointe pour extraire des supercalculateurs des conséquences physiques de ces équations, ce qui nous rapproche du test fiable de la gravitation quantique » ajoute Singh.
La théorie d’Einstein échoue non seulement au centre des trous noirs, mais aussi à expliquer comment l’Univers a été créé à partir de la singularité du Big Bang. C’est pourquoi, il y a une décennie, Ashtekar, Singh et ses collaborateurs ont commencé à étendre la physique au-delà du Big Bang et à faire de nouvelles prévisions en utilisant la gravitation quantique à boucles.
En utilisant les équations mathématiques et les techniques de calcul de la LQG, ils ont montré que le Big Bang est remplacé par un Big Bounce. Mais le problème de la résolution de la singularité du trou noir est extrêmement complexe. « Le sort des trous noirs dans une théorie quantique de la gravité est, à mon sens, le problème le plus important de la physique théorique » conclut Jorge Pullin, professeur de physique théorique au LSU.
Un trou noir
est un objet compact au champ gravitationnel si intense qu'aucune
matière ni aucun rayonnement ne peut s'en échapper. Puisque ces
astres n'émettent aucune lumière, ils ne peuvent être... [...]