Grâce à leur tendance à aspirer tout ce qui les entoure - même la lumière - les trous noirs ne divulguent aucun indice sur leurs origines ou leur histoire. Ce fait frustrant a conduit les scientifiques des années 1960 à déclarer que les trous noirs «n'avaient pas de cheveux». Par cela, les chercheurs ont voulu dire que les trous noirs avaient très peu de caractéristiques distinctives pour se séparer les uns des autres.
Maintenant, de nouveaux calculs suggèrent que certains trous noirs peuvent faire pousser des cheveux, mais ils ne peuvent pas les garder longtemps. Selon le nouveau travail, les trous noirs qui tournent à presque (mais pas tout à fait) la rotation maximale possible présentent des propriétés uniques. Mais ces propriétés ne persistent pas longtemps avant que le trou noir ne devienne "chauve" et devienne indiscernable des autres de son genre.
"Il s'agit d'une découverte intéressante, car il s'agit d'un comportement transitoire", a déclaré l'auteur de l'étude Lior Burko, physicien à Theiss Research en Californie.
La métaphore des cheveux à trous noirs est née des calculs effectués par les physiciens Jacob Bekenstein et John Wheeler dans les années 1960 et au début des années 1970. Les chercheurs ont fait valoir que selon la théorie générale de la relativité d'Einstein, les trous noirs peuvent être décrits par seulement trois paramètres observables: leur masse, leur moment angulaire et leur charge électrique. Tout le reste, toutes les autres informations, sont piégés dans l'attraction gravitationnelle du trou noir et sont donc impossibles à observer. Étant donné deux trous noirs qui correspondaient aux trois valeurs, il serait fonctionnellement impossible de différencier l'un de l'autre.
Depuis lors, les théoriciens sont à la recherche de quelque chose qui puisse distinguer les trous noirs les uns des autres. Si les scientifiques pouvaient trouver quelque chose, cela pourrait ouvrir de nouvelles révélations sur les origines de trous noirs particuliers. Par exemple, alors que de nombreux trous noirs sont censés être les restes d'étoiles effondrées, certains peuvent s'être formés juste après le Big Bang, fusionnant à partir de régions anormalement denses dans le premier tissu universel. Un de ces trous noirs primordiaux serait indiscernable d'un trou noir stellaire si les deux avaient la même masse, le même moment angulaire et la même charge électrique.
En 2018, un groupe de chercheurs dirigé par le physicien Dejan Gajic, à l'Université de Cambridge, a constaté que les trous noirs extrêmes, ceux avec la charge électrique maximale possible, ont des propriétés uniques qui peuvent différencier les objets les uns des autres. Ces propriétés impliquaient des changements mesurables à l'horizon des événements d'un trou noir (le point auquel la force gravitationnelle est si forte que la lumière ne peut pas s'échapper) et à son horizon de Cauchy (le point auquel la relation causale entre le passé et le futur s'effondre en raison de les effets de flexion temporelle d'un fort champ gravitationnel).
Burko et ses collègues se sont intéressés à savoir si des propriétés uniques pouvaient tenir dans des trous noirs presque extrêmes, mais pas tout à fait. Les chercheurs ont fait le calcul pour deux types de trous noirs. Le premier est un trou noir Reissner-Nordström presque extrême, un type de trou noir qui a presque la charge électrique maximale possible mais qui ne tourne pas. Le second, un trou noir Kerr presque extrême, est un type de trou noir qui tourne à un spin presque maximal mais sans charge électrique.
Dans ces deux trous noirs presque extrêmes, les chercheurs ont trouvé des preuves de "cheveux" - pendant un certain temps. Les propriétés uniques des trous noirs presque extrêmes sont mesurables lorsqu'un premier trou noir simulé se forme pour la première fois, ont rapporté les chercheurs le 15 novembre dans la revue Physical Review Research, mais déclinent avec le temps dans une fonction quadratique du temps. Cela signifie que les valeurs diminuent rapidement au début, puis continuent de diminuer plus lentement au fil du temps. (L'équipe de recherche n'a pas calculé la vitesse à laquelle cela se produirait en temps réel, ce qui différerait en fonction de la masse, de la rotation et de la charge d'un trou noir donné.)
"Pendant une courte période, il se comporte comme s'il avait des cheveux comme le ferait un trou noir à rotation maximale", a déclaré Burko à Live Science. "Mais après un certain temps, il commence à perdre ces cheveux pour finalement redevenir chauve."
Bien que tous ces calculs soient actuellement théoriques, il y a de l'espoir pour des observations du monde réel qui correspondraient ou contrediraient les résultats. L'expérience de l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) mesure désormais activement les ondes gravitationnelles, qui sont des ondulations dans l'espace-temps créées par des objets massifs comme les étoiles à neutrons et les trous noirs. LIGO utilise deux observatoires terrestres pour mesurer les ondes gravitationnelles. Et ces mesures pourraient fournir un aperçu des trous noirs poilus.
Un projet à venir, l'antenne spatiale de l'interféromètre laser (LISA), lancera trois vaisseaux spatiaux pour détecter les ondes gravitationnelles de l'espace. Ce projet est conçu pour détecter les ondes gravitationnelles des trous noirs supermassifs. On ne sait pas combien de temps ces expériences devront se dérouler pour attraper un trou noir presque extrême en action, a déclaré Burko, mais si l'on se présente, ses ondes gravitationnelles pourraient avoir des cheveux.
