Pourquoi il est impossible de former un trou noir avec de la lumière
Dans le cadre de la théorie de la relativité générale, la matière et l’énergie déforment l’espace-temps, créant ce que nous percevons comme la force gravitationnelle. Dans des situations extrêmes, comme l’effondrement du cœur d’une étoile massive, cette déformation devient si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper, formant ainsi un trou noir. Cependant, la question se pose : peut-on créer un trou noir uniquement à partir de l’énergie d’un champ électromagnétique, comme la lumière ? Des chercheurs, dirigés par Álvaro Álvarez-Domínguez de l’université Complutense de Madrid, affirment que cela est physiquement impossible.
Dans les années 1950, le physicien John Wheeler a exploré la possibilité de générer un champ gravitationnel à partir d’un champ électromagnétique, introduisant le concept de « kugelblitz » ou « foudre en boule ». Bien que, théoriquement, un trou noir puisse se former par concentration d’énergie, des doutes subsistent quant à la faisabilité de cette formation. Le champ électromagnétique doit être d’une intensité telle qu’un effet quantique, connu sous le nom d’effet Schwinger, se manifeste, entraînant une perte d’énergie significative.
L’effet Schwinger, décrit par Julian Schwinger en 1951, se produit lorsque le champ électromagnétique atteint un seuil d’énergie suffisant pour générer des paires d’électrons et de positrons. Dans le cas d’un trou noir formé par un rayonnement focalisé, l’énergie accumulée est partiellement perdue sous forme de ces paires de particules, qui s’échappent, réduisant ainsi la quantité d’énergie disponible pour la formation du trou noir.
L’étude menée par l’équipe d’Álvarez-Domínguez a montré que la perte d’énergie due à l’effet Schwinger prévaut sur la capacité à accumuler suffisamment d’énergie pour créer un trou noir dans une large gamme de tailles, allant de 10–29 à 108 mètres, soit environ la taille du Soleil. Pour des tailles plus petites, les lois de la théorie quantique des champs ne s’appliquent plus, tandis que pour des tailles plus grandes, l’énergie nécessaire serait astronomique. Par exemple, pour un trou noir de 109 mètres de rayon, il faudrait accumuler l’énergie d’un quasar pendant plus de 10 000 ans.
Les effets quantiques semblent donc interdire la formation de trous noirs dans une vaste gamme de masses. Alain Riazuelo, spécialiste à l’institut d’astrophysique de Paris, souligne que, bien que les ondes gravitationnelles ne soient pas affectées par ces effets quantiques, la puissance requise pour créer un trou noir avec ces ondes est également hors de portée.
Source : Pour la Science.
