Einstein garantit une traversée paisible de l’horizon d’un trou noir

Mercredi, 12 mars 2014

Une équipe européenne, dont un chercheur de l’IAP (CNRS/UPMC), vient de démontrer que les célèbres « murs de feu » (firewalls en anglais) qui se formeraient près de l’horizon des trous noirs massifs (comme celui au centre de notre Galaxie) et qui ont fait récemment objet de discussions intenses entre physiciens, sont en fait interdits par la théorie de gravitation d’Einstein. En annihilant tout observateur traversant la surface d’un trou noir, ces « murs de feu » devaient résoudre le fameux paradoxe d’information des trous noirs1, les chercheurs viennent de prouver le contraire. Ces résultats ont été publiés le 7 mars dans la revue Physical Review Letters.



Pendant vingt ans on a cru que le paradoxe avait été résolu grâce à de subtiles corrélations dans le rayonnement de Hawking découvertes en 1993 par Susskind, Thorlacius et Uglum. Mais vingt ans plus tard, Almheiri, Marolf, Polchinski et Sully (AMPS) ont trouvé des failles dans cette solution et ont proposé à sa place l’existence de murs de feu. Le rayonnement de Hawking2, émis dans les phases initiales d’évolution d’un trou noir, serait couplé par intrication quantique avec le rayonnement émis dans les phases plus tardives, en étant aussi intriqué avec le rayonnement absorbé par le trou noir. Il en résulterait un excès d’information pour un observateur traversant la surface d’un trou noir. D’après AMPS, la solution de ce problème consisterait en une désintrication quantique des rayonnements absorbés et émis par le trou noir. L’énergie libérée dans ce processus quantique donnerait lieu à l’apparence d’un mur de feu d’une densité de Planck3 près de l’horizon d’un trou noir et cela indépendamment de sa masse, donc les trous noirs massifs observés par les astronomes, qui n’ont rien de quantique, seraient équipés de murs de feu. Anéanti dans un tel mur, l’observateur qui aurait le malheur de tomber dans un trou noir serait aussi débarrassé de l’excès d’information. Or l’équipe européenne de chercheurs a démontré que les murs de feu ne peuvent exister que dans des trous noirs minuscules dont la masse est la masse de Planck (20 millionièmes de gramme). Ce qui n’est pas surprenant, car c’est justement dans le cas de tels trous noirs que l’on s’attend à des effets de gravitation quantique.

Donc des observateurs peuvent toujours traverser tranquillement  la surface d’un trou noir massif sans ressentir quoi que ce soit de particulier. Einstein le leur garantit. Cependant le paradoxe d’information n’est toujours pas résolu.

Note(s): 
  1. Paradoxe d’information des trous noirs : Ce paradoxe est la conséquence d’une contradiction entre les lois de la mécanique quantique, qui interdisent toute perte information pour ce qu’on appelle les états quantiques « purs », et qui exige aussi que le trous noirs rayonnent (selon le « rayonnement de Hawking »), et celles de relativité générale qui prédit l’existence des trous noirs dans lesquelles toute information disparait à jamais.
  2. Rayonnement de Hawking : Rayonnement d’origine quantique émis pas les trous noirs. Ce rayonnement qui évaporerait les trous noirs est à la source du paradoxe d’information. En réalité le rayonnement de Hawking est extraordinairement faible pour les trous massifs observés dans l’Univers.
  3. Densité de Planck : Densité qui caractérise l’échelle des effets de gravitation quantique = 5.1 × 1096 kg/m3
Source(s): 

Mass of a Black Hole Firewall, Abramowicz et al., Physical Review Letters, 03/2014, http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.112.091301


Susskind L., Thorlacius L., Uglum J., 1993, PhRvD, 48, 3743
Almheiri A., Marolf D., Polchinski J., Sully J., 2013, JHEP, 2, 62

Contact(s):
  • Jean-Pierre Lasota-Hirszowicz, IAP (CNRS/UPMC)
    lasota [at] iap [dot] fr, 01 44 32 80 80

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