Lorsqu'une étoile massive épuise son carburant, son cœur s'effondre sous sa propre gravité. À l'intérieur se forme un trou noir — une région où la gravité est si forte que même la lumière ne peut s'en échapper. On a longtemps pensé qu'au centre se cachait un point de densité infinie — la singularité. Mais les équations de la physique quantique suggèrent que la matière pourrait résister à la compression et former un cœur lisse et fini.
Les scientifiques ont pris deux descriptions de la matière, inspirées de la chromodynamique quantique — la théorie de l'interaction forte qui colle les quarks à l'intérieur des protons et des neutrons. La première décrit un mélange chaud de trois sortes de quarks, la seconde une « soupe de quarks » froide avec des gluons massifs (les particules qui transmettent l'interaction forte). Les deux variantes ont été intégrées dans les équations d'Einstein pour voir ce qui se passe au centre de l'effondrement.
Le résultat est sans appel. Dans le premier cas, la solution a conduit à ce que la densité et la courbure de l'espace au centre tendent toujours vers l'infini. Dans le second, la température augmentait si rapidement que le modèle cessait de fonctionner près du centre. Autrement dit, la matière de quarks ne peut pas, à elle seule, créer un noyau sûr et régulier. Pour éviter la singularité, la nature aurait besoin de quelque chose de plus — par exemple, une transition de phase soudaine vers un état semblable à un vide avec une gravité répulsive.
Ainsi, la métaphore du « trou noir comme un tourbillon » reçoit une suite inattendue. Même si l'eau est composée de minuscules tourbillons, au fond de l'entonnoir il se forme quand même un vide — à moins qu'un mécanisme inconnu ne vienne modifier les propriétés du liquide au fond.
Si la Terre était compressée en un trou noir, son rayon ne serait que d'environ 9 millimètres — la taille d'un grain de raisin.
Dans le roman « Blindsight » de Peter Watts, l'équipage d'un vaisseau explore une anomalie où les lois physiques cessent de fonctionner — une allusion au fait qu'à l'intérieur d'un trou noir, la matière ordinaire pourrait céder la place à quelque chose de complètement différent.