Des physiciens reproduisent pour la première fois un mécanisme permettant d’extraire l’énergie d’un trou noir

Un trou noir est un objet céleste si dense que même la lumière ne peut s'en échapper une fois franchie une limite appelée horizon des événements. Les trous noirs sont prédits par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, publiée en 1915. Ils se forment généralement lors de l'effondrement d'une étoile massive en fin de vie. Leur énergie, bien que colossale, était jusqu'ici considérée comme inaccessible. L'extraction d'énergie d'un trou noir repose sur un mécanisme théorisé en 1969 par le physicien Roger Penrose, qui suggérait qu'un objet placé dans une zone spécifique autour du trou noir, appelée ergosphère, pouvait en extraire de l'énergie. Cette région, située juste à l'extérieur de l'horizon des événements, est le siège d'effets relativistes intenses où l'espace-temps est entraîné par la rotation du trou noir.

Le mécanisme de Penrose repose sur l'idée qu'un objet se décompose en deux parties dans l'ergosphère. Une partie tombe vers le trou noir, tandis que l'autre, avec une énergie négative, est éjectée à grande vitesse. Cette dernière emporte ainsi de l'énergie extraite du trou noir. Bien que théorisé il y a plus de 50 ans, ce processus n'avait jamais été reproduit en laboratoire jusqu'à présent. Les physiciens ont simulé ce mécanisme en utilisant un fluide en rotation rapide, où des ondes sonores remplacent la lumière. Dans leur expérience, ils ont observé que certaines ondes étaient amplifiées après avoir traversé la zone équivalente à l'ergosphère, confirmant ainsi le principe d'extraction d'énergie. Cette avancée ouvre des perspectives pour étudier des phénomènes relativistes dans des environnements contrôlés.

L'expérience a été menée par une équipe de chercheurs dirigée par Marion Cromb, doctorante à l'Université de Glasgow, en Écosse. Ils ont utilisé un réservoir d'eau en rotation pour modéliser l'ergosphère d'un trou noir. En y injectant des ondes sonores, ils ont observé que certaines d'entre elles étaient amplifiées de 30 % après avoir traversé la zone en rotation, un effet similaire à celui prédit par Penrose. Cette amplification correspond à un transfert d'énergie du fluide en mouvement vers les ondes, démontrant ainsi le principe de l'extraction d'énergie. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Physics en juin 2020. Bien que cette expérience utilise des ondes sonores et non de la lumière, elle valide expérimentalement un mécanisme jusqu'ici purement théorique.

Cette expérience marque une étape importante pour la physique fondamentale, car elle permet de tester des prédictions de la relativité générale dans un cadre accessible. Elle pourrait également inspirer des recherches sur des phénomènes cosmiques comme les quasars, ces noyaux de galaxies extrêmement lumineux alimentés par des trous noirs supermassifs. Les scientifiques espèrent que cette approche aidera à mieux comprendre les processus énergétiques extrêmes de l'univers. Cependant, l'extraction d'énergie à partir de trous noirs réels reste hors de portée avec les technologies actuelles. L'expérience reste un modèle simplifié, mais elle ouvre la voie à des études plus poussées sur les mécanismes relativistes dans des systèmes accessibles en laboratoire.