Les étoiles brillent parce que les atomes fusionnent en leur sein, libérant de l’énergie. Lorsqu’une étoile très massive a épuisé son combustible nucléaire, la pression de radiation ne peut plus fournir une force de contre-pression suffisante à la gravité. L’étoile s’effondre alors sous sa propre masse jusqu’à ce qu’il ne reste qu’un seul point : la singularité.
Bien que la formation d’un trou noir paraisse plausible, les trous noirs eux-mêmes continuent de poser des défis majeurs à la science. Comment dix milliards de masses solaires peuvent-elles se concentrer en un seul point minuscule ? Comment l’espace-temps peut-il être courbé infiniment à ce point, la singularité ? À ce stade, les lois de la physique s’effondrent, rendant impossible la prédiction de ce qui se produit. De plus, les trous noirs dissimulent toute information à l’observation : tout, y compris la lumière, disparaît irrémédiablement au-delà de l’horizon des événements.
Remplies d’énergie noire
Il est donc possible que les trous noirs soient en réalité des objets entièrement différents, comme des étoiles ultra-compactes, qui ne peuvent être vues en raison de leur intense gravité et sont donc également appelées gravastars. En plus de la matière ordinaire présente dans leurs couches externes, elles seraient remplies d’énergie noire, qui exerce une pression vers l’extérieur et stabilise leur masse, qui veut au contraire s’effondrer. Les gravastars sont plus faciles à accepter pour les physiciens que les trous noirs car elles ne possèdent ni singularité ni horizon des événements et sont pourtant presque aussi massives et compactes que les trous noirs. Ce qui restait flou, cependant, était de savoir comment de tels gravastars pouvaient se former en pratique.
Les deux physiciens théoriciens, Daniel Jampolski et le professeur Luciano Rezzolla, ont maintenant présenté pour la première fois une solution dynamique aux équations de champ de la relativité générale d’Albert Einstein décrivant l’effondrement d’une étoile qui pourrait conduire à la formation d’un tel gravastar. La solution a montré que l’effondrement pourrait déclencher la création d’un mini-univers à l’intérieur de la matière en effondrement, pas très différent du Big Bang à partir duquel notre univers a émergé. Comme notre propre univers, son expansion est entraînée par l’énergie noire. De cette manière, l’expansion du nouvel univers contrebalance les forces gravitationnelles et arrête l’effondrement de l’étoile avant qu’un trou noir ne puisse se former. Dans ce processus, un équilibre s’établit entre le mini-univers en expansion et la matière en effondrement, et cet équilibre est ce qui conduit à un gravastar stable. Avec cette solution à la relativité générale, les physiciens de Francfort ont fourni la première réponse à une question que les scientifiques débattent depuis 25 ans : comment les gravastars se forment-ils lors de l’effondrement de matière ordinaire ?
Place pour une nouvelle physique
Daniel Jampolski, qui a découvert la solution dans son mémoire de master sous la direction de Luciano Rezzolla, explique : « Le Big Bang de l’univers naissant peut se déployer une fois que l’étoile s’est déjà effondrée presque au point de devenir un trou noir. » Le comportement non résolu de la matière extrêmement comprimée laisse place à une nouvelle physique : « Il est plus facile d’imaginer que le Big Bang se produit seulement à un stade très tardif, lorsque la matière a déjà été comprimée à un degré extrême, donnant ainsi naissance à de nouveaux effets. »
Rezzolla, professeur d’astrophysique théorique à l’université Goethe, ajoute : « Chercher des alternatives aux trous noirs ne doit pas suggérer un scepticisme envers les trous noirs, qui représentent toujours la solution la plus naturelle et la plus simple au sort de l’effondrement gravitationnel. Cependant, en tant que scientifiques en général, et en tant que physiciens théoriciens en particulier, il est essentiel de conserver une approche impartiale envers ce que nous ne savons pas et donc d’explorer à la fois la sagesse acceptée et les interprétations plus exotiques. L’histoire nous apprend qu’il n’est pas rare que ces dernières deviennent les premières. »
Article : Formation of gravastars – Journal : Physical Review D – Méthode : Computational simulation/modeling – DOI : Lien vers l’étude
Source : Goethe U. Frankfurt
