D'où vient la lumière
En physique, le vide n'est pas vide: des paires de particules apparaissent et disparaissent en permanence. Habituellement, elles s'annihilent instantanément et rien ne s'échappe.
À la frontière d'un trou noir, cet équilibre est perturbé. Une particule de la paire peut tomber à l'intérieur, tandis que l'autre reste à l'extérieur et s'envole. Vu de l'extérieur, cela ressemble à une faible lueur émise par la frontière elle-même.
L'énergie de la particule qui s'échappe vient du trou noir lui-même, qui perd donc peu à peu de la masse. Cette représentation est simplifiée, mais elle en transmet l'essentiel: le rayonnement retire de l'énergie au trou noir.
À quel point est-ce lent
La première tuile explique l'essentiel. Plus un trou noir est gros, plus il est froid; les trous noirs de masse stellaire, et plus encore les trous noirs supermassifs, sont plus froids que l'espace environnant et absorbent donc davantage qu'ils n'émettent.
Ils ne pourront s'évaporer que dans un avenir lointain, lorsque l'Univers se sera davantage refroidi qu'eux. Les petits trous noirs s'évaporeraient rapidement et brillamment, mais aucun n'a encore été détecté.
Cette prédiction a fait naître une question encore irrésolue sur le devenir de l'information. Si un trou noir s'évapore, alors que le rayonnement qui s'en échappe est identique quelle que soit la matière qui y est tombée, les informations sur cette matière disparaissent, ce que la physique n'autorise pas. Le débat dure depuis un demi-siècle.
La prédiction est testée indirectement. Des chercheurs construisent des systèmes de laboratoire fondés sur des mathématiques similaires, avec des écoulements de fluides, des ondes sonores ou des milieux optiques, et y observent un rayonnement comparable; ce n'est pas la même chose, mais cela étaye le calcul.
Ce résultat est important pour une autre raison. Il a réuni trois domaines qui se recoupaient jusque-là à peine: la gravitation, la physique quantique et la thermodynamique, et il reste considéré comme l'un des principaux indices vers leur unification.
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Sources
- Le rayonnement thermique de l'horizon d'un trou noir, prédit en 1974, est inversement proportionnel à sa masse
- pour les trous noirs de masse stellaire et les trous noirs supermassifs, la température est inférieure à celle du rayonnement fossile. Le rayonnement n'a pas été observé directement
- le paradoxe de l'information qui lui est associé reste irrésolu