À l’écoute du rayon­ne­ment d’un trou noir

La Recherche - - Actualités -

Pré­dite il y a plus de qua­rante ans par Ste­phen Haw­king, la ra­dia­tion des trous noirs a été ob­ser­vée pour la pre­mière fois dans un ana­logue de ces ob­jets cos­miques fa­bri­qué en la­bo­ra­toire.

es trous noirs ne sont pas to­ta­le­ment noirs. Ces ob­jets cos­miques do­tés d’un champ gra­vi­ta­tion­nel si in­tense que rien ne de­vrait s’en échap­per, pas même la lu­mière, doivent en réa­li­té émettre un rayon­ne­ment. Ce phé­no­mène étrange, pré­dit il y a plus de qua­rante ans par le phy­si­cien bri­tan­nique Ste­phen Haw­king, vient d’être ob­ser­vé pour la pre­mière fois en la­bo­ra­toire. Jeff Stein­hauer, de l’Ins­ti­tut de tech­no­lo­gie d’Is­raël à Haï­fa, est par­ve­nu à mettre en évi­dence un ef­fet si­mi­laire dans un trou noir dit « acous­tique », une struc­ture qui piège les sons plu­tôt que la lu­mière (1). C’est en 1974 que Ste­phen Haw­king an­nonce à la sur­prise gé­né­rale qu’une ra­dia­tion ther­mique consti­tuée de pho­tons – les par­ti­cules de lu­mière – doit s’échap­per des trous noirs (2). Pour ar­ri­ver à cette con­clu­sion, il part du constat que, contrai­re­ment à ce qu’on pour­rait pen­ser, le vide n’est pas si vide que ce­la. La phy­sique quan­tique pré­dit en ef­fet que des paires de pho­tons s’y forment en per­ma­nence et dis­pa­raissent aus­si­tôt en s’an­ni­hi­lant. Mais si une paire ap­pa­raît suf­fi­sam­ment près de l’ho­ri­zon du trou noir – la fron­tière au-de­là de la­quelle plus rien ne peut sor­tir –, alors l’un des pho­tons tombe dans le trou noir tan­dis que l’autre par­vient à s’en échap­per, créant ain­si une « ra­dia­tion » ap­pe­lée dé­sor­mais ra­dia­tion de Haw­king. Mal­heu­reu­se­ment, son in­ten­si­té est si faible – 10- kel­vin pour un trou noir d’une

7 masse so­laire – qu’on ne pour­ra sans doute pas l’ob­ser­ver : elle restera à ja­mais ca­chée par le rayon­ne­ment du fond dif­fus cos­mo­lo­gique qui baigne tout l’Uni­vers, ves­tige de la pre­mière lu­mière émise après le Big Bang et dont la tem­pé­ra­ture est d’en­vi­ron 3

Lkel­vins. Mais en 1981 naît l’es­poir de par­ve­nir à sur­mon­ter cet obs­tacle en met­tant en évi­dence la ra­dia­tion de Haw­king dans des ex­pé­riences de la­bo­ra­toire. Cette année-là, le phy­si­cien ca­na­dien William Un­ruh, de l’uni­ver­si­té de la Co­lom­bie-Bri­tan­nique à Van­cou­ver, com­prend en ef­fet qu’un fluide ani­mé d’un mou­ve­ment ac­cé­lé­ré de telle sorte qu’il em­pê­che­rait la pro­pa­ga­tion des ondes so­nores se dé­pla­çant en sens in­verse n’est, du point de vue des équa­tions, rien d’autre qu’un trou noir (3).

ONDES SO­NORES

Par­tant de cette idée, on a ima­gi­né fa­bri­quer en la­bo­ra­toire un trou noir acous­tique pour dé­tec­ter l’équi­valent de la ra­dia­tion de Haw­king sous forme d’ondes so­nores. Jeff Stein­hauer se lance dans cette quête en 2009. La tâche n’est pas ai­sée car la ra­dia­tion de Haw­king pour un trou noir acous- tique est elle aus­si très faible. Il s’agit donc de choi­sir avec soin le fluide dans le­quel on cherche à dé­tec­ter le si­gnal tant convoi­té. Le phy­si­cien is­raé­lien porte son choix sur un nuage d’atomes de ru­bi­dium qu’il re­froi­dit à moins d’un mil­liar­dième de de­gré au­des­sus du zé­ro ab­so­lu (10- kel­vin). À cette

9 tem­pé­ra­ture, les atomes se com­portent comme un ob­jet quan­tique unique – un conden­sat de Bose-Ein­stein – qu’on peut fa­ci­le­ment ma­ni­pu­ler. De plus, ce froid mi­ni­mise le bruit ther­mique, ce qui fa­ci­lite la dé­tec­tion de la ra­dia­tion de Haw­king. Grâce à un la­ser, le cher­cheur met en­suite en mou­ve­ment le conden­sat pen­dant quelques mil­li­se­condes : à cer­tains en­droits, les atomes fran­chissent la vi­tesse du son et forment ain­si un ho­ri­zon acous­tique. Qui doit donc être le siège d’une émis­sion de pho­nons – des « grains de son », par ana­lo­gie avec les pho­tons – pro­duits par l’ef­fet Haw­king.

Newspapers in French

Newspapers from France

© PressReader. All rights reserved.