Que sont les étoiles à énergie sombre ?

etoile energie sombre
| NASA

Prédite depuis 1916 dans le cadre de la théorie de la relativité générale et soutenue depuis plusieurs années par des observations indirectes, l’existence des trous noirs n’est aujourd’hui plus à remettre en doute pour la majorité de la communauté scientifique. Toutefois, certains scientifiques continuent de chercher des alternatives à ces objets, qui pourraient tout aussi bien correspondre aux observations effectuées. 

C’est le cas des étoiles à énergie sombre, un type d’étoile hypothétique proposé en 2005 par le physicien théoricien américain George Chapline, expert en théorie de l’information quantique, matière condensée et gravité quantique. En 1982 et 2003, Chapline reçoit des prix récompensant ses travaux sur les rayons X et l’interprétation de la mécanique quantique.

Au mois de mars 2005, lors d’une conférence sur les modèles de gravité quantique, Chapline avance que la mécanique quantique rend pratiquement incertaine l’existence des trous noirs. Chapline avance pour raison principale que dans le cadre de la mécanique quantique, le temps est absolu ; l’absence d’opérateur temporel oblige à fixer le temps dans les équations.

Ceci est fondamentalement incompatible avec la relativité générale, où le temps est relatif, particulièrement à l’approche d’un trou noir, où le temps propre d’un observateur tombant vers l’horizon des événements et celui d’un observateur situé loin du trou noir sont différents. Pour le second, le premier semblerait être infiniment ralenti au niveau de l’horizon. Au lieu de cela, Chapline propose qu’une transition de phase ait lieu dans l’espace des phases, au niveau de l’horizon des événements.

trou noir etoile energie sombre
À la différence d’un trou noir, une étoile à énergie sombre possède une forme toroïdale et une ouverture centrale d’où proviendraient les jets cosmiques que les astrophysiciens prêtent aux trous noirs. Crédits : G. Chapline

Il fonde ce modèle sur la dynamique des ondes sonores dans les superfluides. Au fur et à mesure qu’une colonne de superfluide grandit, la densité augmente, ralentissant la vitesse du son, qui se rapproche ainsi de zéro. Cependant, à ce stade, la physique quantique fait que les ondes sonores dissipent leur énergie dans le superfluide, de sorte que la condition de vitesse zéro du son n’est jamais atteinte.

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En approchant de l’horizon du trou noir, la matière se décompose en particules plus légères et, au niveau de l’horizon, des processus physiques accélèrent la désintégration du proton. Cette désintégration pourrait expliquer les rayons cosmiques de haute énergie observés depuis les trous noirs.

Tandis que la matière passe l’horizon des événements, son énergie est convertie en énergie sombre par une transition de phase du vide. La pression négative de l’énergie noire maintient l’espace-temps en expansion à l’intérieur du trou noir, l’empêchant de se contracter sur lui-même et de former une singularité gravitationnelle. La composante négative de l’énergie sombre intervient également dans la très haute valeur de la constante cosmologique, résolvant ainsi potentiellement la « catastrophe du vide ».

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Un des mécanismes de formation des étoiles à énergie sombre fait intervenir les fluctuations de l’espace-temps. Ces fluctuations peuvent entraîner la nucléation du vide ; cela pourrait s’apparenter à la formation de « bulles de vide ». Un tel processus pourrait expliquer les effets prêtés actuellement à l’énergie sombre et à la matière noire.

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