3. Les trous noirs ne sont pas noirs !
Entre 1970 et 1974, Hawking poursuit ses recherches sur les trous noirs avec plusieurs collaborateurs. Avec Brandon Carter et Werner Israel, il démontre le théorème, pressenti par John Archibald Wheeler et connu humoristiquement sous la dénomination de no hair theorem, ou, en d'autres termes : « un trou noir n'a pas de poils ». Cela signifie que les seules propriétés qui sont conservées lorsque de la matière est absorbée par un trou noir sont la masse, le moment angulaire et la charge électrique : toutes les autres propriétés (ainsi, la forme, la composition chimique, le fait même que l'on ait affaire à de la matière ou à de l'antimatière...) sont détruites.
En 1974, Hawking énonce la conjecture étonnante que les trous noirs ne sont pas réellement noirs ! En appliquant les lois de la théorie quantique à un trou noir, il montre que, au niveau quantique — c'est-à-dire à l'échelle la plus petite de la réalité physique —, des particules et du rayonnement « s'évaporent » du trou noir. Il s'agit là d'une conséquence du principe d'incertitude de Heisenberg, qui conduit à la création fugace de particules « virtuelles » au voisinage de l'horizon des événements. Le rayonnement des trous noirs ainsi que leur éventuelle évaporation sont connus sous le nom d'effet Hawking. En définitive, le trou noir explose dans une gerbe de rayonnement.
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