Quand un trou noir peut se briser express
Un trou noir ressemble à une goutte de liquide visqueux en rotation. Normalement, une telle goutte tend à rester entière : la diviser réduirait sa surface, ce qui contredit la loi de non-décroissance de l'entropie (une mesure du désordre, comme une tasse cassée qui ne se recolle pas toute seule). Pour les trous noirs sans rotation, découverts par Karl Schwarzschild, la fragmentation est impossible. Cependant, lors d'une rotation effrénée, les forces centrifuges étirent le trou noir, et un fragment microscopique peut se détacher. Ce processus rappelle la fission du noyau atomique dans le modèle de la goutte liquide. Les physiciens ont également envisagé des mondes avec des dimensions supplémentaires, où la courbure de l'espace-temps se comporte différemment, et où les trous noirs peuvent devenir instables, comme de longs filaments liquides prêts à se rompre. Une telle désintégration pourrait modifier la population des trous noirs primordiaux nés dans le jeune Univers.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2606.24642
We investigate the conditions under which black hole fragmentation, the splitting of a black hole horizon into multiple smaller ones, may occur. The simplest realization is that of a single black hole horizon splitting into two, giving rise to the eponymous pants topology. In classical general relativity, the Bekenstein-Hawking area law forbids such processes for Schwarzschild black holes. For spinning Kerr black holes, purely kinematic analyses impose constraints that prevent fragmentation, even in regimes where entropy considerations might allow it, except possibly in near-extremal cases. We then hunt for scenarios where black holes can wear pants: from the well-known Gregory-Laflamme instability in higher dimensions, to the potential effect of superradiant instabilities in non-axisymmetric radiation trapping, to finally gravitational models that modify the relations between entropy and/or horizon radius and the black hole mass in four dimensions. In all such cases, emission of small fragments can be entropically favored, however its occurrence still depends on the kinematic configuration of the initial state. Our analysis clarifies the theoretical landscape where black holes may fragment, which is particularly relevant for primordial black holes and catastrophic events such as black hole mergers.
La fusion de trous noirs, au contraire, augmente toujours la surface totale — ce processus rappelle la fusion de gouttes de mercure et s'accompagne de puissantes ondes gravitationnelles.