Trous noirs sans singularité : presque impossibles à distinguer express
Un trou noir ordinaire cache en son centre une singularité — un point où la densité et la courbure deviennent infinies et où les lois de la physique cessent de s'appliquer. Les auteurs de cette nouvelle étude ont construit un modèle de trou noir en rotation qui, au lieu d'une singularité, renferme un « noyau » paisible, semblable à un espace plat ordinaire. De l'extérieur, il possède deux horizons des événements, comme les solutions classiques.
Pour cela, ils ont utilisé la méthode de dédoublement gravitationnel (une astuce mathématique qui permet d'« ajouter » de la nouvelle physique à des solutions connues des équations d'Einstein). Le résultat est une géométrie simple à calculer, qui reste régulière partout — aucune infinité. Ensuite, les scientifiques ont vérifié à quoi ressemblerait un tel trou noir pour un observateur lointain : ils ont calculé son ombre et construit des images d'un mince disque d'accrétion (le gaz en rotation qui brille avant de tomber dans le trou).
Le résultat est inattendu. Bien que la structure interne d'un tel trou noir régulier diffère radicalement de celle d'un trou noir singulier, ses signatures optiques — l'ombre et l'image du disque — restent étonnamment proches de celles des trous noirs standard de Schwarzschild (sans rotation) et de Kerr (avec rotation) de même masse et de même moment cinétique. Les différences sont si faibles que les télescopes actuels, y compris l'Event Horizon Telescope, ne les remarqueront tout simplement pas.
Cela pose un défi sérieux à l'astrophysique. Nous avons l'habitude de penser que l'ombre d'un trou noir peut nous renseigner sur la géométrie de l'espace-temps près de l'horizon. Mais cette étude montre que deux structures internes complètement différentes peuvent projeter une ombre presque identique. Pour voir plus loin, il faudra des observations de nouvelle génération — peut-être l'analyse des ondes gravitationnelles ou des spectres plus détaillés des disques d'accrétion.
La toute première image de l'ombre du trou noir au centre de la galaxie M87 a été obtenue en 2019 — et elle correspondait aux prédictions pour un trou noir classique de Kerr, bien que sa structure interne reste encore inconnue.
Dans le film « Interstellar », les héros voyagent à travers un trou de ver près du trou noir supermassif Gargantua — sa visualisation est basée sur des calculs pour un trou de Kerr avec un disque d'accrétion, mais sans singularité à l'intérieur.