Qu’est ce que le rayonnement de Hawking ?

Le nom du célèbre astrophysicien Stephen Hawking, mort le 14 mars 2018, est avant tout associé aux trous noirs, ces astres extrêmement compacts qui ne laissent échapper ni lumière ni matière, et qui sont de ce fait, invisibles. Stephen Hawking a révolutionné ce domaine en y apportant une nuance de taille, que les physiciens ont baptisé la  » radiation  » ou le  » rayonnement  » de Hawking. Il prédit qu’un rayonnement s’échappe en permanence des trous noirs, d’autant plus infime qu’ils sont massifs. Pour les trous noirs supermassifs qui logent au cœur des galaxies, cette évaporation serait négligeable. Mais ce qui signifie qu’en théorie, un  » trou noir  » ne serait pas totalement noir ! (sa « phrase favorite », raconte Hubert Reeves, dans un témoignage recueilli par Sciences et Avenir).

Les voyageurs des trous noirs, étirés comme des spaghettis…

De quoi s’agit-il ? Pour expliquer l’idée grossièrement,  » avec les mains  » et sans équations, il faut faire appel aux lois de la physique quantique – cette branche de la physique qui s’applique au monde subatomique, celui des particules. Le vide a un sens très différent chez les physiciens. Rien à voir avec le vide de nos pièces et placards- ou celui que l’on évoque quand on parle de faire le vide dans sa tête. Le vide des physiciens est plein d’énergie qui fluctue sans cesse autour d’une valeur moyenne, souvent comparée de manière imagée et métaphorique à une mer de particules et d’antiparticules, qui vont par pairs, s’annihilent, puis se reconstituent sans cesse.

A proximité d’un trou noir, les conditions de gravité sont très particulières. L’astre compact exerce un champ gravitationnel intense, variant très fortement au fur et à mesure que l’on s’éloigne de lui. De ce fait tout objet qui s’y approche, subit une attraction plus grande sur son extrémité à proximité du trou noir que sur la partie qui en est plus éloignée. Ce phénomène n’est autre que l’effet de marée, qui déforme les objets. C’est encore lui qui transformerait les hypothétiques voyageurs imprudents qui plongeraient dans un trou noir, en les étirant comme des spaghettis.

Mais revenons à notre couple de particules passant à proximité du trou noir. Il se voit ainsi étiré et tiraillé jusqu’à ce que les deux particules se dissocient. Celle qui est la plus proche du trou noir tombe vers l’astre, tandis que l’autre s’en échappe. Pour l’observateur cela ressemble à un rayonnement de la part du trou noir…

Cependant ce rayonnement n’a jamais encore vraiment été directement observé et les expérimentateurs rivalisent d’ingéniosité pour l’observer en laboratoire, soit dans l’eau comme l’équipe de Germain Rousseaux de l’Institut Pprime du CNRS et de l’Université de Poitiers, soit dans des gaz de rubidium traversé par des lasers, comme l’équipe de Jeff Steinhauer, du Technion à Haïfa (Israël).   

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