Un trou noir porte plutôt mal son nom. Car selon la physique moderne, il n’est pas complètement noir : il peut émettre un très faible rayonnement.
C’est ce qu’on appelle le rayonnement de Hawking, du nom du physicien britannique Stephen Hawking, qui en a proposé le mécanisme en 1974.
Pour comprendre, il faut d’abord rappeler ce qu’est un trou noir. C’est une région de l’espace où la gravité est tellement intense que, passé une frontière appelée « horizon des événements », rien ne peut revenir en arrière. Même la lumière ne peut plus s’en échapper.
Pendant longtemps, on pensait donc qu’un trou noir ne pouvait qu’absorber de la matière et de l’énergie.
Mais Hawking a montré que la situation change lorsqu’on combine la relativité générale, qui décrit la gravité, avec la physique quantique.
En physique quantique, le vide n’est pas réellement vide. Il est parcouru de fluctuations permanentes des champs quantiques. On représente parfois cela, de façon simplifiée, comme l’apparition momentanée de paires de particules et d’antiparticules.
Imaginez maintenant que ce phénomène se produise près de l’horizon d’un trou noir.
Dans cette image simplifiée, l’une des particules peut tomber dans le trou noir tandis que l’autre parvient à s’échapper. Pour un observateur lointain, le trou noir semble alors émettre une particule.
C’est le rayonnement de Hawking.
Mais cette explication par des « paires de particules » n’est qu’une métaphore pédagogique. Le véritable calcul repose sur la théorie quantique des champs dans un espace-temps courbé. L’idée essentielle est que le vide quantique n’est pas défini de la même manière près d’un trou noir et pour un observateur situé très loin.
Le résultat est spectaculaire : un trou noir possède une température.
Plus il est massif, plus cette température est faible. Un trou noir ayant la masse du Soleil aurait une température de seulement quelques dizaines de milliardièmes de kelvin, bien plus froide que le rayonnement cosmologique qui remplit actuellement l’Univers.
Mais en émettant ce rayonnement, le trou noir perd de l’énergie. Et selon la célèbre relation d’Einstein, E = mc², perdre de l’énergie revient aussi à perdre de la masse.
Le trou noir s’évapore donc extrêmement lentement.
Pour les trous noirs astrophysiques, cette évaporation prend des durées incroyablement longues, bien supérieures à l’âge actuel de l’Univers.
Le rayonnement de Hawking est donc fascinant parce qu’il relie trois domaines fondamentaux de la physique : la gravitation, la mécanique quantique et la thermodynamique.
Et surtout, il transforme complètement notre vision des trous noirs : ils ne sont pas éternels. Théoriquement, à très long terme, ils peuvent finir par disparaître.
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