trous noirs du monde des branes

Un trou noir sonne comme une cloche après un impact. Cette sonnerie, ce sont les ondes gravitationnelles que les détecteurs capturent. Mais qu'est-ce qui change si l'espace autour du trou est courbé non seulement par sa masse, mais aussi par une correction quantique supplémentaire ?

L'objet cosmique tourne, mais son ombre n'est pas ronde. Des astrophysiciens ont examiné un trou noir dans une version inhabituelle de la gravité — le soi-disant monde-brane (où notre Univers est une surface tridimensionnelle dans un espace à plus grand nombre de dimensions).

La lumière issue des tout débuts de l'univers voyage vers nous depuis 13,8 milliards d'années. Pendant ce temps, sa polarisation — la direction de ses oscillations — a pu subir une rotation, comme l'aiguille d'une boussole qu'on aurait discrètement tournée. Ce phénomène est appelé par les physiciens biréfringence cosmique.

Un trou noir posé sur une fine membrane cosmique (la brane) évoque une lourde boule qui tend une pellicule élastique. En physique classique, il est chauve — seuls comptent sa masse, sa charge et sa rotation.

La gravité est une force étonnamment faible. Un petit aimant retient un trombone contre l'attraction de toute une planète. Les physiciens cherchent depuis longtemps la cause de cette faiblesse, et l'une des pistes nous mène vers des dimensions cachées.

Dans les premiers instants après le Big Bang, la transition de phase cosmique a divisé le plasma chaud en régions avec différents vides — les états d'énergie les plus bas du champ.

La matière noire reste le fond de basse inaudible de la symphonie cosmique — elle n'émet pas de lumière, mais son attraction gravitationnelle façonne les galaxies. Vera Rubin a capté ce rythme pour la première fois dans les années 1970 en observant la rotation des étoiles.

Le monde qui nous entoure est en trois dimensions — mais ce n'est peut-être qu'une apparence. Certaines théories admettent que l'espace contient des dimensions supplémentaires, repliées ou étirées d'une manière particulière. L'un de ces modèles décrit un univers à cinq dimensions avec une dimension « diluée » (appelée dilaton linéaire).

L'horizon d'un trou noir ressemble à un film de savon tendu au-dessus d'un abîme. De loin, il paraît parfaitement lisse, mais de près, il tremble. Cette ondulation naît des fluctuations quantiques, c'est-à-dire de la création et de l'annihilation incessantes de particules dans le vide.

L'image du monde que nous connaissons par les manuels d'Einstein est une toile lisse à quatre dimensions. Mais la théorie des cordes ajoute un cadre de dimensions supplémentaires — invisible, mais sensible à la gravité.

En théorie quantique des champs, il existe une loi stricte : un signal ne peut pas dépasser la lumière. C'est la causalité – le fondement sur lequel repose l'ordre des événements. Mais près des trous noirs, ce fondement commence à se fissurer, surtout si le trou n'est pas tout à fait ordinaire.

Les trous noirs savent émettre de la chaleur. Ils ont une température, une entropie (une mesure du désordre) et d'autres caractéristiques thermodynamiques.

Deux particules séparées de kilomètres changent d'état de manière coordonnée, comme si la distance n'existait pas. C'est ce qu'on appelle l'intrication quantique, et depuis sa découverte, elle laisse les physiciens perplexes : aucun porteur connu ne peut se déplacer plus vite que la lumière, et pourtant les corrélations apparaissent…

Dans les disques d'accrétion qui ceinturent les noyaux des galaxies actives — les quasars, découverts par Maarten Schmidt dans les lointaines années 1960 — coule une rivière de gaz et de poussière surchauffés.

En 2019, l'image de l'ombre de M87* a fait sensation : pour la première fois, l'humanité voyait les contours d'un trou noir, prédit par Karl Schwarzschild et entouré de mythes. Mais si ce croissant lumineux était l'autoportrait non pas d'un abîme absolu, mais d'un portail cosmique ?

Notre univers se comporte comme une membrane élastique tendue : les corps massifs la déforment, créant la courbure de l'espace-temps — la gravité. Dans la théorie du monde sur une brane, une dimension cachée s'ajoute, et cette membrane n'est plus qu'une surface dans un espace multidimensionnel.

L'espace-temps ressemble parfois à une feuille de papier dans laquelle on pourrait percer un trou et relier les bords par un court tube — on obtiendrait un trou de ver. Dans les modèles mathématiques les plus simples de ces trous, apparaissent des champs scalaires sans masse — une sorte de brouillard invisible qui remplit tout autour.

Frappez une cloche : elle répond sur sa note. De même, un trou noir, perturbé par la chute d'une étoile ou d'un autre trou noir, se met à « sonner » en émettant des ondes gravitationnelles. Mais au lieu d'un son, c'est l'espace lui-même qui tremble, et au lieu d'une note unique, c'est tout un ensemble de fréquences amorties.

Les détecteurs d'ondes gravitationnelles fonctionnent comme des microphones ultra-sensibles, captant les frémissements de l'espace provoqués par de lointaines catastrophes cosmiques.

Un essaim de miroirs et d'antennes enveloppe un trou noir comme des abeilles autour de leur ruche. Mais au lieu du miel, cette structure collecte une énergie suffisante pour faire fonctionner une conscience de la taille d'une galaxie.

Dans le monde familier, il y a trois dimensions. Mais les physiciens envisagent l'existence de directions cachées, repliées sur elles-mêmes. Si l'une d'elles est enroulée en bouteille de Klein — une surface sans intérieur ni extérieur — les lois fondamentales se brisent.