Les régions de l’espace-temps sont célèbres parce que leur gravité est si forte que rien – pas même la lumière – ne peut s’en échapper. Ils se forment lorsque des étoiles massives s’effondrent et peuvent continuer à croître en absorbant et en fusionnant avec d’autres trous noirs. Cette interaction est observée depuis des décennies et les scientifiques l’utilisent pour identifier leur présence, car le rayonnement est émis sous forme de lumière visible à travers l’espace.
En 1971, le professeur Hawking a écrit le « théorème de l’aire de Hawking », une loi qui prédit cette aire, connue sous le nom d’horizon des événements.
Un demi-siècle plus tard, les physiciens du MIT l’ont désormais confirmé pour la première fois, à l’aide d’observations d’ondes gravitationnelles.
Leurs découvertes sont parues dans « Physical Review Letters » ce mois-ci et montrent le résultat d’une étude sur GW150914, le premier signal d’onde gravitationnelle détecté par le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), en 2015.
Le signal a été créé à la suite de la fusion de deux trous noirs qui auraient donné naissance à un autre.
Les experts ont constaté qu’avec une confiance de 95 %, la zone totale de l’horizon des événements n’avait pas diminué après la fusion, confirmant la prédiction de Hawking selon laquelle le nouveau trou noir ne devrait pas être plus petit que la zone totale de l’horizon de ses parents.
Leurs découvertes marquent la première confirmation observationnelle directe du théorème de l’aire de Hawking, qui a été prouvé mathématiquement mais n’a jamais été observé dans la nature jusqu’à présent.
L’équipe prévoit de tester les futurs signaux d’ondes gravitationnelles pour voir s’ils pourraient confirmer davantage le théorème de Hawking ou être le signe d’une nouvelle physique contraignante.
Le chercheur postdoctoral Einstein de la NASA et auteur principal, le professeur Maximiliano Isi, a déclaré : « Il est possible qu’il existe un zoo de différents objets compacts, et bien que certains d’entre eux soient des trous noirs qui suivent les lois d’Einstein et de Hawking, d’autres peuvent être des bêtes légèrement différentes.
« Donc, ce n’est pas comme si tu faisais ce test une fois et c’est fini. Tu fais ça une fois, et c’est le début.
Leur grande percée a eu lieu en 2019 lorsque l’équipe a développé une technique pour extraire les réverbérations immédiatement après le pic de GW150914 – le moment où les trous noirs biparentaux sont entrés en collision.
Le professeur Isi a ajouté : « Les données montrent avec une confiance écrasante que la zone d’horizon a augmenté après la fusion et que la loi de zone est satisfaite avec une probabilité très élevée.
«Ce fut un soulagement que notre résultat concorde avec le paradigme que nous attendons et confirme notre compréhension de ces fusions compliquées de trous noirs.
« Il est encourageant de constater que nous pouvons penser de manière nouvelle et créative aux données d’ondes gravitationnelles et répondre à des questions que nous pensions ne pas pouvoir auparavant,
« Nous pouvons continuer à extraire des informations qui concernent directement les piliers de ce que nous pensons comprendre. Un jour, ces données pourraient révéler quelque chose auquel nous ne nous attendions pas.
Leurs recherches ont été financées, en partie, par la NASA, la Simons Foundation et la National Science Foundation.
