Comment les trous noirs affectent-ils le temps ?

Il existe deux manières d'appréhender le temps en relation avec les trous noirs . L'une est liée à la durée de vie de ces objets, et l'autre à la perception du temps à l'intérieur de ces objets.

Passons au premier. Quand on pense aux trous noirs, on les imagine éternels. Mais étonnamment, ils ne le sont pas. Selon la théorie de la relativité d'Einstein , un trou noir est un objet situé à un point de l'espace-temps où la gravité est si intense que rien ne peut s'en échapper. Pas même la lumière. Tout ce qui y pénètre ou qui y est apparu avant l'apparition du trou noir y reste. Ces objets possèdent une région qui leur sert de limite, appelée l'horizon des événements. Tout ce qui franchit cette limite est piégé à jamais. C'est ce que nous entendons par trou noir selon la théorie de la relativité.

Mais si l'on ajoute la mécanique quantique, les choses changent. L'astrophysicien britannique Stephen Hawking a suggéré que les trous noirs peuvent émettre un rayonnement très faible, appelé rayonnement de Hawking. En effet, selon la physique quantique, l'espace vide n'est pas vraiment vide ; des paires de particules et d'antiparticules se créent continuellement. Normalement, même lorsqu'elles se créent, elles s'annihilent mutuellement, et rien ne se passe. Mais si cela se produit près de l'horizon des événements, une particule peut s'échapper, étant éjectée du trou noir, et l'autre peut y tomber. Le trou noir perd alors une très petite quantité de masse.

Au fil du temps, ce processus entraîne une perte d'énergie du trou noir, car, selon l'équation d'Einstein (e = mc²), énergie et masse sont équivalentes. Il en résulte qu'ils finissent par perdre leur masse et que les trous noirs s'évaporent. Bien que cela se produise extrêmement lentement. Par exemple, notre galaxie abrite un trou noir supermassif en son centre, d'une masse environ un million de fois supérieure à celle du Soleil. Imaginez donc le temps qu'il lui faudra pour disparaître à cause de ces faibles pertes constantes de rayonnement dont je parlais. L'âge total de l'univers n'est qu'une fraction du temps qu'il lui faut pour s'évaporer.

Certaines théories suggèrent que des microtrous noirs pourraient se former dans les accélérateurs de particules. Ils seraient incroyablement petits et s'évaporeraient presque instantanément. Par conséquent, ils ne présenteraient aucun danger pour la vie humaine.

Quant à l'autre lien entre le temps et un trou noir, il s'agit de l'influence de la proximité de l'un de ces objets célestes sur le temps. Comme je l'ai mentionné précédemment, l'attraction gravitationnelle à proximité d'un trou noir est très forte, ce qui modifie notre perception du temps et de l'espace. Si un observateur très éloigné du trou noir voit quelque chose tomber vers lui, s'approchant de l'horizon des événements, il constatera que le temps s'écoule plus lentement. Comme s'il s'arrêtait.

Au contraire, si l'observateur tombait vers un trou noir, il ne remarquerait rien d'étrange en franchissant l'horizon des événements, la limite au-delà de laquelle il n'y a pas de retour possible. La gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper. Une fois ce seuil franchi, le destin est inévitable : selon la théorie de la relativité d'Einstein, on aboutirait à une singularité, un point où les lois connues de la physique cessent de s'appliquer.

Yetli Mariana Rosas Guevara est titulaire d'un doctorat en astrophysique et est chercheuse au Centre international de physique de Donostia (DIPC) .

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Question envoyée par courrier électronique par José Manuel Desviat Manzanares .

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