Trous noirs : peuvent-ils nous aider à détecter de potentielles civilisations extraterrestres ?

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| Mkinly/DA

Si l’Univers compte différentes civilisations, chacune avec leurs caractéristiques propres, elles devraient toutefois partager un point commun : le besoin en énergie. Selon l’échelle technologique établie par le physicien russe Nikolaï Kardachev, une civilisation de type III est capable d’exploiter toute l’énergie de sa galaxie hôte, y compris son trou noir supermassif central. Et c’est grâce à cela que nous pourrions être capables de détecter la présence d’une civilisation extraterrestre avancée. En effet, l’exploitation énergétique d’un trou noir laisserait certainement des traces détectables depuis la Terre.

Cette technologie d’exploitation énergétique pourrait laisser une signature juste à l’extérieur de l’horizon des événements d’un trou noir en rotation — la limite au-delà de laquelle la gravité d’un trou noir devient trop forte pour que la matière et l’énergie puissent s’échapper. Et le processus pourrait expliquer quelques éruptions de plasma que les astrophysiciens détectent souvent aux abords des trous noirs.

En effet, la rotation des trous noirs pourrait constituer une source d’énergie presque illimitée pour une civilisation technologiquement avancée. Mais avant cela, l’astrophysicien Luca Comisso de l’Université Columbia à New York, explique que l’étape préliminaire consiste à déterminer à quoi pourrait ressembler l’énergie extraite artificiellement d’un trou noir pour des observateurs distants. Cela permettrait aux Terriens de détecter potentiellement des civilisations extraterrestres lointaines.

Exploiter l’énergie d’un trou noir

L’idée d’exploiter l’énergie d’un trou noir, proposée par Comisso et ses collègues, n’est pas une première. La plus célèbre étude a été réalisée en 1969 par le célèbre physicien Roger Penrose, qui a remporté le prix Nobel de physique en 2020 pour ses travaux sur les trous noirs. Il a proposé un mécanisme connu sous le nom de processus de Penrose, dans lequel une particule se scinde en deux juste à côté d’un trou noir tournant à une vitesse proche de celle de la lumière.

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Dans le cas de trous noirs en rotation comme les trous noirs de Kerr, le mouvement de rotation de l’ergosphère entraîne l’espace-temps avec lui. C’est l’effet Lense-Thirring. Cette zone pourrait être utilisée pour exploiter l’énergie d’un trou noir. © nrumiano

Une partie de la particule tombe alors à travers l’ergosphère, une région chaotique de l’espace-temps en rotation juste à l’extérieur de l’horizon des événements du trou noir, avant de tomber dans le trou noir lui-même. Selon les calculs, les objets tombant dans cette ergosphère peuvent avoir une énergie négative, ce qui n’est possible nulle part ailleurs dans l’Univers.

Et parce que l’ajout d’une particule avec une énergie négative à un trou noir équivaut à en extraire de l’énergie, les extraterrestres pourraient effectivement exploiter l’énergie du trou noir en capturant la partie de la particule qui a échappé à la gravité intense du trou noir. Alors que dans son étude originale, Penrose n’a considéré qu’une seule particule qui se divise en deux, la récente étude considère les plasmas de taille astronomique générés dans le disque d’accrétion autour d’un trou noir — le disque massif et très chaud de matière qui orbite autour de la plupart des trous noirs.

Plasma et reconnexions magnétiques

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Parce que les plasmas contiennent un grand nombre de particules, ils pourraient produire des quantités d’énergie conséquentes. En théorie, les trous noirs « s’évaporent » également au fil du temps en émettant un rayonnement de Hawking — un phénomène impliquant la mécanique quantique, proposé par le physicien Stephen Hawking, mais ce processus est trop faible pour être détecté, pour le moment.

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Schéma du mécanisme de l’extraction d’énergie d’un trou noir rotatif par reconnexion magnétique dans l’ergosphère du trou noir. Une configuration avec des lignes de champ magnétique antiparallèles adjacentes au plan équatorial est favorisée par l’effet Lense-Thirring du trou noir à rotation rapide (les vues (a) et (b) représentent les vues méridionale et équatoriale, respectivement). La reconnexion magnétique dans le plasma qui tourne dans le plan équatorial extrait l’énergie du trou noir si le plasma décéléré qui est absorbé par le trou noir a une énergie négative, tandis que le plasma accéléré avec une composante dans la même direction que la rotation du trou noir s’échappe à l’infini. La limite extérieure (limite statique) de l’ergosphère est indiquée par les lignes en pointillés courts sur les deux vues. Dans la vue (b), les lignes pointillées longues et pleines indiquent les lignes de champ magnétique en dessous et au-dessus du plan équatorial. © Luca Comisso and Felipe A. Asenjo

Les physiciens suggèrent que les plasmas pour extraire l’énergie d’un trou noir en rotation sont créés par des événements de reconnexion magnétique — où des lignes de champ magnétique intenses s’emmêlent, se cassent et se reconnectent — juste à l’extérieur de l’horizon des événements. Les reconnexions magnétiques sont couramment observées à la surface des étoiles comme le Soleil, où elles libèrent d’énormes quantités d’énergie sous forme d’éruption de plasma, qui se déplacent dans des directions diamétralement opposées.

Alors que les éruptions de plasma créées à la surface des étoiles retombent dans l’étoile ou sont éjectées dans l’espace, l’ergosphère d’un trou noir rotatif impliquerait qu’un jet de plasma pourrait acquérir de l’énergie négative, tandis que le jet correspondant s’échapperait en gagnant de l’énergie supplémentaire issue du trou noir. En définissant les caractéristiques précises d’une capture technologique de ce plasma énergétique, les astrophysiciens sur Terre pourraient alors identifier une potentielle technosignature extraterrestre d’extraction d’énergie.

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