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 sur Terre peuvent capter ces signaux, aidant ainsi les scientifiques à mieux comprendre l'univers. – Photo : Maggie Chiang/Fondation Simons

Les trous noirs, ces « monstres cosmiques » à l'attraction gravitationnelle si forte que même la lumière ne peut s'en échapper, fascinent les scientifiques depuis longtemps.

Bien qu'ils soient apparus dans les travaux théoriques d'Albert Einstein il y a plus d'un siècle et aient été étudiés de manière approfondie 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 de l'espace-temps provoquées par la collision de deux trous noirs aux confins de l'univers. Cette découverte a été comparée à l'ouverture d'une nouvelle perspective sur l'observation de l'univers et a également permis de vérifier directement les théories relatives aux 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'on tombe dans un trou noir, un phénomène connu sous le nom de « théorème de l'absence de cheveux ».

Le second 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, 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.

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'ondes gravitationnelles le plus détaillé jamais obtenu, 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, des scientifiques ont obtenu pour la première fois une image complète de la situation avant et après la fusion de deux trous noirs. À partir de ces données, ils ont confirmé simultanément deux hypothèses :

Les trous noirs sont en effet décrits précisément par leur masse et leur rotation, comme le prédit la théorie de la relativité générale d'Einstein.

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

Einstein (à droite) et Hawking (à gauche) ont formulé des hypothèses précises sur la nature des trous noirs. – Photo : MashableIndia

Des trous noirs à la nature de l'univers

La démonstration du théorème de Hawking révèle un parallèle étonnant 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 suggère que les trous noirs pourraient constituer une « fenêtre mathématique » sur notre compréhension de la nature de l'espace, du temps et du plus grand défi de la physique moderne : l'unification de la relativité générale et de la mécanique quantique en une théorie de la gravité quantique.

« Il s'agit de la preuve la plus claire à ce jour que les trous noirs de l'univers se conforment bel et bien à la théorie d'Einstein », a déclaré Maximiliano Isi, membre de l'équipe de recherche. « Le fait que la surface d'un trou noir obéisse à la même loi que l'entropie a des implications profondes sur 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 de l'antenne spatiale interférométrique laser, actuellement en construction, promet de capter les vibrations des trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies.

Plus de 100 ans après qu'Einstein a prédit l'existence des trous noirs à l'aide d'équations mathématiques, et plus d'un demi-siècle après que Hawking l'a prouvé théoriquement, l'humanité a maintenant commencé à « entendre » et à « voir » directement les signaux qui leur donnent raison.

Les trous noirs, qui n'existaient autrefois que dans les livres de sciences, deviennent peu à peu 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