Les trous noirs au centre du prix Nobel de physique 2020 – un astrophysicien explique pourquoi c’est un gros problème

En tant qu’étudiant diplômé dans les années 1990 à Penn State, où Penrose occupe un poste de visiteur, j’ai eu de nombreuses occasions d’interagir avec lui. Pendant de nombreuses années, j’ai été intimidé par ce géant dans mon domaine, ne faisant que voler des aperçus de lui travaillant dans son bureau, dessinant d’étranges dessins scientifiques sur son tableau noir. Plus tard, quand j’ai enfin eu le courage de parler avec lui, je me suis vite rendu compte qu’il faisait partie des personnes les plus accessibles.

Les étoiles mourantes forment des trous noirs

Sir Roger Penrose remporta la moitié du prix pour son travail fondateur en 1965 qui prouva, à l’aide d’une série d’arguments mathématiques, que dans des conditions très générales, l’effondrement de la matière déclencherait la formation d’un trou noir.

Ce résultat rigoureux a ouvert la possibilité que le processus astrophysique d’effondrement gravitationnel, qui se produit lorsqu’une étoile manque de son combustible nucléaire, conduise à la formation de trous noirs dans la nature. Il a également pu montrer qu’au cœur d’un trou noir doit se trouver une singularité physique – un objet à densité infinie, où les lois de la physique s’effondrent tout simplement. À la singularité, nos conceptions mêmes de l’espace, du temps et de la matière s’effondrent et la résolution de ce problème est peut-être le plus grand problème ouvert de la physique théorique aujourd’hui.

Penrose inventé de nouveaux concepts et techniques mathématiques tout en développant cette preuve. Ces équations que Penrose a dérivées en 1965 ont été utilisées par les physiciens qui étudient les trous noirs depuis. En fait, à peine quelques années plus tard, Stephen Hawking, aux côtés de Penrose, a utilisé les mêmes outils mathématiques pour prouver que le modèle cosmologique du Big Bang – notre meilleur modèle actuel de la création de l’univers entier – avait une singularité au tout début. . Ce sont les résultats du célèbre Penrose-Hawking Théorème de singularité.

Le fait que les mathématiques aient démontré que les trous noirs astrophysiques peuvent exister exactement dans la nature est exactement ce qui a stimulé la quête pour les rechercher à l’aide de techniques astronomiques. En effet, depuis les travaux de Penrose dans les années 1960, de nombreux trous noirs ont été identifiés.

Les trous noirs jouent au yo-yo avec des étoiles

La moitié restante du prix a été partagée entre les astronomes Reinhard Genzel et Andrea Ghez, qui dirigent chacun une équipe qui a découvert la présence d’un trou noir supermassif, 4 millions de fois plus massif que le Soleil, à la centre de notre galaxie Voie lactée.

Genzel est astrophysicien au Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Allemagne et à l’Université de Californie à Berkeley. Ghez est astronome à l’Université de Californie à Los Angeles.