Trois physiciens des « trous noirs » reçoivent le prix Nobel de physique

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La cosmologie a plus de prix que la physique des particules. Le dernier Nobel de physique, attribué ce mardi 6 octobre, revient à trois physiciens des « trous noirs ». Ce thème cosmique général avait été celui des Nobel 2017. En 2019 à nouveau, le professeur canadien James Peebles, l’un des pères de la cosmologie moderne, avait lui-même été récompensé pour sa contribution à la théorie cosmologique du big bang. Cette année, c’est tout à la fois le concept général de « trou noir », co-déchiffré par le physicien britannique Roger Penrose, et son application à la description du centre gravitationnel de notre Galaxie, étudié notamment par les colauréats nommés, Reinhard Genzel en Allemagne, et Andrea Ghez en Californie, qui ont été récompensés.

De quoi s’agit-il ? Pour le grand public, de réponses à des questions. Mais pour les professionnels, il s’agit d’abord de l’ouverture vers des questions sans réponses encore bien définies. Le « trou noir », par exemple. De quoi est-il composé ? Nul ne peut le dire. Il absorbe tout son environnement, et rien n’en sort jamais. C’est une sorte d’aspirateur à néant dont personne ne peut, par définition, dire ce qu’il contient. Ce qui ne l’empêche pas d’avoir une réalité : celle de l’absorption massive de son environnement.

Une première image de trou noir avait été proposée dans les années 1780 par un géologue de la Royal Society londonienne, John Michell, constatant que si un astre avait une masse suffisante, il serait possible d’imaginer que la lumière ne pourrait pas s’en extraire et qu’il serait donc invisible. Les déformations de l’espace envisagées par la seconde théorie de la Relativité (1915) ouvraient la voie à un concept d’objet spatialement effondré, à densité énorme, répondant aux approches de Michell. Albert Einstein, décédé en 1955, n’y croyait pas. Roger Penrose fut néanmoins, dans les années 1970, l’un de ceux qui en développa la théorie et ouvrit la voie aux observations modernes de trous noirs.

Les deux autres colauréats du Nobel de cette année ont appliqué, après d’autres, cette notion à l’observation des caractères particuliers du centre gravitationnel de notre Galaxie, situé, vu depuis la Terre, dans la direction de la constellation du Sagittaire. Cette fraction d’espace, dite Sgr A*, observée par de nombreuses équipes internationales, serait donc un trou noir supermassif, d’une masse d’environ 4 millions de fois celle de notre Soleil, et autour duquel gravite l’ensemble de notre Galaxie, plus quelques galaxies naines ou des formations annexes rattachées à la nôtre.

Une douzaine d’étoile ont été identifiées, qui seraient les plus proches de ce trou, et en voie d’être absorbées par lui dans quelques milliers ou dizaines de milliers d’années. L’observation expérimentale de l’exactitude des raisonnements des co-Nobel de cette année ne viendra donc pas de là dans l’immédiat. Plus important est de comprendre que leurs travaux, s’ils rassurent par ce qu’ils décrivent, ouvrent néanmoins vers l’inconnu par ce qu’ils supposent.

En effet, les caractères fondamentaux de la mécanique galactique sont actuellement inexplicables par référence à la seule énergie dite baryonique, en d’autres termes en utilisant les énergies décrites par la physique habituelle, celle de notre plancher des vaches. Il faut y adjoindre, pour rendre compte des vitesses de giration des étoiles qui nous entourent, ou même de la vitesse de notre système solaire tournant autour du trou noir galactique, une certaine quantité de matière qualifiée de « noire » tant elle est inconnue. Et cela à hauteur de 26 % d’une énergie globale, dont la physique classique ne décrirait que 5 % environ du total. Tout le reste, soit quelque 69 %, est renvoyé à une « énergie noire » responsable du mouvement d’expansion générale des êtres cosmiques de notre environnement. Autant dire que les théories et approches modernes de la description « scientifique » du cosmos, reconnaissent elles-mêmes être dans le brouillard complet pour la description de quelque 95 % des énergies mises en jeu dans les phénomènes qu’elles décrivent.

La confiance dans ce que nos grands-parents nommaient « la science » a bien changé. Il s’agissait, voilà une ou deux générations, d’affirmations réputées décrire la réalité avec une prétention à l’authenticité de l’ordre de 99 ou 100 %. La physique nobélisable se contente aujourd’hui de quelque 5 % de certitudes quant à la mécanique globale dans laquelle s’insèrent les phénomènes étudiés. Et celle-ci construit une mécanique galactique, à partir de laquelle elle calcule des vitesses de déplacement et de rotation, sur des bases plus proches de la physique post-képlérienne ou post-newtonienne plutôt que relativiste.

Autant dire que les voies ouvertes vers la physique de demain susciteront certainement plus de surprises que les observations singulières du début du XXIe siècle, récompensées ou non par un prix Nobel. Ce qu’en envisageait déjà Hamlet sur sa terrasse d’Elseneur : « Il y a plus de choses sur Terre et dans le ciel, Horatio, qu’il n’en est rêvé dans toute ta philosophie. »

Jean-François Gautier

Illustration : DR
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