La détection des ondes gravitationnelles confirme la « prophétie » d'Einstein et Hawking sur les trous noirs

Des scientifiques viennent d'enregistrer le signal d'onde gravitationnelle le plus détaillé provenant d'une collision de trous noirs, confirmant ainsi pour la première fois que deux prédictions importantes d'Einstein et Hawking sur les trous noirs sont correctes.

Lorsque deux trous noirs fusionnent, ils créent des ondulations dans l'espace appelées ondes gravitationnelles. Des détecteurs terrestres peuvent capter ces signaux, aidant ainsi les scientifiques à mieux comprendre l'univers. Photo : Maggie Chiang/Fondation Simons

Les trous noirs, des « monstres cosmiques » dotés de forces gravitationnelles si fortes que même la lumière ne peut s'en échapper, sont depuis longtemps un sujet fascinant pour les scientifiques.

Bien qu'ils soient apparus dans les travaux théoriques d'Albert Einstein il y a plus d'un siècle et qu'ils aient été étudiés en profondeur par Stephen Hawking au XXe siècle, les trous noirs restent le sujet le plus inaccessible de l'univers en raison de leur nature « invisible ».

Ondes gravitationnelles : la clé pour ouvrir la porte à la recherche sur les trous noirs

En 2015, l'observatoire d'ondes gravitationnelles LIGO (États-Unis) a enregistré pour la première fois des ondes gravitationnelles, des ondulations spatio-temporelles provoquées par la collision de deux trous noirs lointains dans l'univers. Cette découverte a été comparée à une « ouverture d'un nouveau sens » à l'observation de l'univers et a également permis de vérifier directement les théories sur les trous noirs.

Cependant, les données initiales ne sont pas suffisamment détaillées pour confirmer deux prédictions importantes.

L'une d'elles est la théorie de Kerr d'Einstein. Selon la relativité générale, les trous noirs ne peuvent être décrits que par deux propriétés fondamentales : la masse et le spin. Toutes les autres propriétés « disparaissent » lorsqu'ils tombent dans un trou noir, ce que l'on appelle le « théorème de l'absence de cheveux ».

Le deuxième est le théorème de l'aire de Hawking. Stephen Hawking a prédit en 1971 que l'aire de l'horizon des événements d'un trou noir, la limite d'où rien ne peut s'échapper, ne peut que rester la même ou augmenter avec le temps, sans jamais diminuer.

Ceci est considéré comme un principe similaire à la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule que l’entropie (degré de désordre) de l’univers augmente toujours.

Une percée après une décennie

Selon Sciencedaily , la collaboration internationale LIGO-Virgo-KAGRA a récemment publié de nouveaux résultats de recherche dans la revue Physical Review Letters . Ils ont enregistré le signal d'onde gravitationnelle le plus détaillé jamais enregistré, provenant de la collision de deux trous noirs (événement GW250114), formant un trou noir géant d'une masse 63 fois supérieure à celle du Soleil et tournant jusqu'à 100 fois par seconde.

Grâce à une technologie de pointe, les scientifiques ont pour la première fois obtenu une image complète de la fusion de deux trous noirs avant et après celle-ci. Ces données leur ont permis de confirmer simultanément deux hypothèses :

Les trous noirs sont en effet décrits avec précision par la masse et le spin, comme le prédit la théorie générale de la relativité d'Einstein.

La surface de l'horizon des événements n'augmente qu'après la fusion, conformément au théorème de surface de Hawking.

Einstein (à droite) et Hawking (à gauche) ont eu des évaluations précises de la nature des trous noirs - Photo : MashableIndia

Des trous noirs à la nature de l'univers

La démonstration du théorème de Hawking révèle une ressemblance troublante entre les trous noirs et la thermodynamique. Autrement dit, l'augmentation de la surface d'un trou noir s'apparente à une augmentation de l'entropie, ce qui implique que les trous noirs pourraient être une « fenêtre mathématique » sur notre compréhension de la nature de l'espace, du temps et de la plus grande réalisation de la physique moderne : l'unification de la relativité générale et de la mécanique quantique en une théorie de la gravité quantique.

« C'est la preuve la plus claire à ce jour que les trous noirs de l'univers sont conformes à la théorie d'Einstein », a déclaré Maximiliano Isi, membre de l'équipe de recherche. « Le fait que l'aire d'un trou noir obéisse à la même loi que l'entropie a de profondes implications pour la nature de l'univers. »

Au cours de la prochaine décennie, les détecteurs d'ondes gravitationnelles seront dix fois plus sensibles qu'aujourd'hui. Un successeur du télescope interféromètre laser à antenne spatiale est en construction. Il promet de capter les vibrations des trous noirs supermassifs au centre de nos galaxies.

Plus de 100 ans après qu'Einstein ait prédit les trous noirs avec des équations mathématiques, et plus d'un demi-siècle après que Hawking les ait prouvés théoriquement, l'humanité a maintenant commencé à « entendre » et à « voir » directement les signaux qui prouvent qu'ils sont exacts.

Les trous noirs, qui n'existaient autrefois que dans les livres scientifiques, deviennent progressivement des entités « réelles » aux yeux des astronomes, et chaque signal d'onde gravitationnelle enregistré est un pas en avant pour aider les humains à mieux comprendre l'univers mystérieux dans lequel nous vivons.

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MINH HAI

Source : https://tuoitre.vn/phat-hien-song-hap-dan-xac-nhan-tien-tri-cua-einstein-va-hawking-ve-ho-den-20250913075131812.htm