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Le petit livre des trous noirs

Publié en ligne le 11 août 2019
LE PETIT LIVRE DES TROUS NOIRS

Steve S. Gubser et Frans Pretorius

Dunod, 2018, 216 pages, 19,90 €

Ce livre nous invite à déployer notre imagination et notre pensée afin de mieux appréhender ce qu’est exactement un trou noir. Cette expression popularisée dans les années 70 a remplacé le mot « singularité » pour décrire l’aboutissement stable d’un effondrement gravitationnel.

Après deux fastidieux chapitres sur la relativité commence une saisissante étude des trous noirs. Si Einstein ne croyait pas à leur existence, l’astrophysicien Karl Schwarzschild avait néanmoins trouvé, dès 1916, une solution à ses équations gravitationnelles, démontrant ainsi la possibilité mathématique d’une singularité. Les auteurs, tous deux professeurs de physique à l’université de Princeton, commencent par nous entraîner, avec rigueur et pédagogie, à la découverte des propriétés du trou noir le plus simple, le trou noir de Schwarzschild, isolé, statique et sans rotation. Une sonde pourrait rentrer à l’intérieur, sans qu’il lui soit possible de ressortir. La frontière-horizon se présente comme une sphère, gouvernée par le rayon de Schwarzschild. Entrer à l’intérieur, c’est comme franchir le bord d’une cascade, l’espace-temps s’écoule alors inexorablement vers la singularité et nos conceptions habituelles du temps et des distances sont totalement modifiées.

L’ouvrage se poursuit crescendo avec l’étude des trous noirs plus complexes, comme les trous noirs de Kerr. C’est en 1963 seulement que le mathématicien Roy Kerr découvre une autre solution mathématique aux équations d’Einstein décrivant des trous noirs en rotation, ce qui produit de saisissants effets de déformation de l’espace-temps à leur voisinage. Les illustrations percutantes, au grand pouvoir de visualisation, permettent de se représenter ce type de phénomènes extravagants et les équations parsemant le livre sont stimulantes et s’intègrent parfaitement au texte.

Armé de ces connaissances, le lecteur peut pénétrer dans les arcanes de ce monde obscur et aborder les chapitres suivants, plus ardus, sur l’ensemble des trous noirs dans l’Univers ou leur thermodynamique. Les auteurs analysent la détection par LIGO 1, en 2015, de la fusion supposée de deux trous noirs qui, tombant en spirale l’un sur l’autre, forment un trou noir de Kerr à rotation rapide. L’onde gravitationnelle a été capturée presque accidentellement et les équipes ont réussi à la faire coïncider ensuite avec un modèle possible de fusion de deux trous noirs de trente masses solaires. C’était comme capter  « de légers murmures se glissant à travers l’espace-temps » p. 204) ; cependant les auteurs rappellent que la science ne peut jamais avoir de certitudes à 100 % sur de tels phénomènes.

Un épilogue, une brillante lettre fictive des auteurs à Einstein, lui narrant les évolutions des connaissances, récapitule cette fantastique aventure de la physique. Et si la traduction rend parfois certaines définitions opaques (un lexique aurait été bienvenu), l’ouvrage est de bonne qualité pour approfondir notre vision de ces étranges objets de l’Univers.

1 LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) : détecteur d’ondes gravitationnelles, se composant de deux interféromètres géants de 4 km de long et séparés de 3 000 km, entre la Louisiane et l’État de Washington (États-Unis).