Un trou noir est un endroit d'où même la lumière ne peut s'échapper. Mais la théorie quantique affirme qu'il émet néanmoins une faible lueur. Cette lueur est appelée rayonnement de Hawking. Dans l'espace, on ne peut pas l'observer : il est trop faible. C'est pourquoi les physiciens construisent des modèles de trous noirs à partir de matériaux ordinaires. Par exemple, une chaîne de spins quantiques – de minuscules aiguilles magnétiques qui obéissent aux lois du monde quantique.
Dans cette nouvelle étude, une telle chaîne a été soumise à un changement brutal de ses propriétés – comme si une étoile était soudainement comprimée en un point. Un analogue d'horizon des événements est apparu : une frontière au-delà de laquelle l'information ne revient pas. Ensuite, les chercheurs ont observé le rayonnement émis par le système. Il s'avère qu'il est presque identique à celui d'un véritable trou noir – thermique, avec une température caractéristique. Mais il existe aussi des différences : le spectre est légèrement déformé, comme si la lumière traversait un miroir semi-transparent.
Pour comprendre à quel point le modèle reproduit fidèlement un trou noir, les scientifiques ont connecté à la chaîne un capteur – un qubit, l'équivalent quantique du bit. En régime de couplage faible, le capteur ne ressent que la température locale, comme un thermomètre près de la surface. Mais si le couplage est trop fort, le capteur « se noie » dans le bruit global et ne distingue plus le signal provenant de l'horizon. C'est une conclusion pratique importante : pour observer le rayonnement de Hawking, il faut régler l'instrument de mesure avec une grande précision.
De telles expériences constituent un pont entre le monde de la mécanique quantique et celui de la gravitation. Elles permettent de tester des idées impossibles à vérifier auprès de véritables trous noirs. Et peut-être, un jour, elles aideront à comprendre comment l'espace et le temps sont structurés au niveau le plus profond.
La température du rayonnement de Hawking pour un trou noir d'une masse solaire est d'environ un dix-millionième de kelvin, ce qui est bien plus froid que le fond cosmique.
Dans le film « Interstellar », les héros utilisent un trou noir pour voyager dans le temps, mais grâce aux simulateurs quantiques, nous pouvons étudier ses propriétés sans quitter le laboratoire.