Stephen Hawking est une figure incontournable de la physique. Cet éminent physicien s'est fait connaître à l'international grâce à ses différentes contributions dans les domaines de la cosmologie et la gravité quantique, en particulier dans le cadre des trous noirs. L'une des théories que le physicien a énoncée avant sa mort vient d'ailleurs tout juste d'être vérifiée, grâce à plusieurs observations réalisées par une équipe de physiciens emmenée par Maximiliano Isi, un postdoctorant travaillant pour le compte de la NASA à L'Institut Kavli du MIT, spécialisé en astrophysique et en recherche spatiale.

La théorie de Stephen Hawking.

Tout d'abord, en astrophysique, un trou noir est un objet céleste extrêmement compact, tant et si bien que l'intensité de champ gravitationnel empêche toute forme de matière (ou de rayonnement) de s'en échapper. Dans le cadre de la relativité générale, un trou noir est défini comme une "singularité gravitationnelle", occultée par un "horizon des événements". Ce dernier est constitué par la limite éventuelle de la région du trou noir. Il s'agit de la surface qui entoure un trou noir, et à partir du moment où l'on rencontre cette surface, aucun objet, ni même aucun rayon de lumière, ne peut plus jamais s'échapper.

Le théorème de l'aire de Hawking prédisait que l'aire de l'horizon des événements d'un trou noir ne pouvait jamais diminuer. Il s'agit de la deuxième loi de la mécanique des trous noirs, qui stipule donc que la surface de l'horizon des événements d'un trou noir augmente toujours avec le temps. Cette loi avait été énoncée par Hawking en 1971, et elle s'apparente à la deuxième loi de la thermodynamique, selon laquelle l'entropie augmente toujours au sein d'un système isolé. Or, l'entropie d'un trou noir est directement liée à sa superficie. Grâce aux ondes gravitationnelles émises lors de la collision de deux trous noirs, un groupe de physiciens a pu vérifier cela. La théorie de Stephen Hawking est donc désormais confirmée grâce à l'observation, et les résultats ont déjà été publiés dans la Physical Review Letters.

Dans les faits.

Comme nous pouvons l'imaginer, tester une théorie concernant les trous noirs est particulièrement compliquée, aussi les physiciens ont-ils besoin d'observations pour valider définitivement une théorie (ou au contraire, l'infirmer). Les chercheurs ont en effet découvert qu'il pouvaient potentiellement utiliser certaines informations recueillies lors des fusions de trous noirs pour parvenir à en savoir davantage sur leur sujet. Ces événements, en effet, libèrent d'énormes quantités d'ondes gravitationnelles qui, lorsqu'elles atteignent la Terre, se traduisent par des vibrations de la taille d'une fraction d'atome.

À partir de ces vibrations, il est possible d'extraire des informations sur la masse et la rotation d'un trou noir, deux paramètres qui sont liés à la superficie d'un trou noir. On remarque en effet qu'un changement de rotation survient généralement lorsque l'axe de rotation d'un trou noir change soudainement d'orientation en raison de l'absorption d'un autre trou noir moins massif. L'équipe de physiciens que nous évoquons ici s'est ainsi penchée sur le tour premier événement d'ondes gravitationnelles détecté, et a pu estimer la surface des deux trous noirs qui sont entrés en collision. D'après les résultats obtenus, la théorie de Hawking est désormais fiable à près de 95%. Maximiliano Isi a notamment déclaré :

Les données montrent avec une confiance écrasante que l'aire de l'horizon a augmenté après la fusion, et que la loi de l'aire est vérifiée avec une très forte probabilité. C'est un soulagement que notre résultat corresponde au paradigme auquel nous nous attendions, et qu'il confirme notre compréhension des fusions complexes de trous noirs.

L'équipe de physiciens prévoit à l'avenir de tester le théorème de l'aire et d'autres lois et théories liées à la mécanique des trous noirs avec les données recueillies par les trois observatoires spécialisés qui sont implantés dans le monde (deux aux Etats-Unis et un en Italie). Ces observations, à l'avenir, pourraient aussi permettre de mieux comprendre la relativité générale d'Einstein, et de potentiellement découvrir ce qui se trouve au-delà de nos théories physiques actuelles. Et si le sujet des trous noirs vous intéresse, vous pouvez toujours retrouver la première image réelle qui a été dévoilée d'un trou noir, en 2019.