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Trou noir extrémal : le nouveau monstre cosmique

C'est peu dire qu'il est étrange. Si extrême dans ses caractéristiques qu'il fracasse les frontières de la physique, dévoilant de nouveaux continents théoriques. Le trou noir extrémal pose de nouvelles questions, annonce Román Ikonicoff.


Peut-on imaginer plus extrême qu'un trou noir ? Cet astre est si massif qu'il piège gravitationnellement toute matière, lumière et énergie derrière son horizon des événements. Et il possède cette "singularité" cachée en son centre, étrange frontière infinitésimale sans dimensions, où l'espace-temps se tord et s'abîme vers on ne sait où ! C'est impensable, et pourtant, oui, il y a plus extrême : un trou noir extrémal.


Une gravité nulle en surface - pour un monstre de gravité comme le trou noir c'est déjà étrange ; une température de 0° kelvin - ce qui est… impossible ; et une charge - oui une charge électrique : voici le monstre cosmique qui hante aujourd'hui les nuits des physiciens. Car c'est peu dire qu'il pousse la physique dans ses retranchements. Jusqu'à, l'espèrent-ils, dévoiler de nouveaux continents théoriques. En fait, ce monstre plane sur la physique depuis longtemps. Il a commencé à se matérialiser dans les équations de la relativité générale d'Einstein, en même temps que les trous noirs normaux, entre 1915 et la décennie 1920 - soit bien avant que les observations astronomiques ne confirment que les trous noirs existent vraiment (à partir des années 1960). Le raisonnement est simple : les trous noirs attirent toute la matière qui ose s'en approcher : poussières, gaz et… particules chargées : des électrons négatifs, des protons positifs… S'ils n'absorbent pas autant de charges positives que négatives, ou l'inverse, ils peuvent finir par porter une charge électrique globale.


Rien d'extrême en soi… si l'on ne tenait compte d'un autre phénomène, découvert en 1973 par le physicien Stephen Hawking : tous les trous noirs perdent de la masse en rayonnant de la chaleur sous forme de lumière infrarouge - selon l'équation d'Einstein E = mc², une perte d'énergie équivaut à une réduction de la masse. Ainsi, malgré leur réputation de ne rien restituer de ce qu'ils mangent, les trous noirs maigrissent très progressivement - le processus prend des milliards de milliards d'années. Sauf que cette évaporation ne peut émettre de charge : le rayonnement de Hawking est purement thermique. Donc que se passe-t-il si le trou noir est chargé ? Sa charge par unité de volume va lentement augmenter, à mesure que le volume de l'astre diminue. Oui, mais les charges électriques de même signe se repoussent ! Le trou noir, de plus en plus chargé, va receler des particules qui engendrent une force répulsive croissante… jusqu'à devenir égale et inverse à la force d'attraction gravitationnelle de l'astre (voir infographie). Le trou noir se retrouve alors avec une gravité nulle à sa surface. Le monstre est frappé d'impuissance ! Bienvenue chez les trous noirs extrémaux.


REPÈRES Un trou noir est un objet si dense que l'intensité de son champ gravitationnel empêche toute matière ou rayonnement de s'en échapper. Il est né des équations de la relativité d'Einstein.



COMMENT SE FORMENT LES TROUS NOIRS EXTRÉMAUX Si le trou noir se trouve dans une région contenant de la matière chargée électriquement, il avale ces charges et un processus s'enclenche…


Source : https://www.science-et-vie.com/ciel-et-espace/trou-noir-extremal-le-nouveau-monstre-cosmique-59947

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