Matriochkas stellaires : une étoile peut en cacher une autre

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Matriochkas stellaires : une étoile peut en cacher une autre
Matriochkas stellaires : une étoile peut en cacher une autre

Africa-Press – Tchad. Et si les trous noirs n’étaient pas les seuls objets célestes à atteindre les limites de densité dans l’Univers ? C’est ce qui est proposé avec les gravastars, des sortes de bulles de vide avec une coquille de matière particulièrement dure. Ces objets cosmiques pourraient avoir des propriétés surprenantes: deux physiciens de l’Université Goethe de Francfort ont montré – leurs résultats sont publiés dans Classical and Quantum Gravity – qu’il est théoriquement possible de trouver des gravastars emboîtés les uns dans les autres.

Relativité générale

Après avoir explicité la théorie de la relativité restreinte en 1905, Albert Einstein a théorisé la relativité générale dans un article publié en 1915. La gravité n’y est plus considérée comme une force au même titre que la force électrostatique, et la masse courbe l’espace et le temps.

La façon dont se courbe l’espace-temps est déterminée par les équations d’Einstein dont les solutions sont appelées métriques. L’une des métriques les plus connues est celle de Schwarzschild, du nom du physicien qui dans la foulée de la publication d’Einstein formulera une solution.

Dans la métrique de Schwarzschild, il est possible trouver des zones où la courbure devient si grande que rien ne peut s’en échapper, pas même la lumière. Ces zones sont les fameux trous noirs, qui possèdent une densité gigantesque. En leur centre, l’espace-temps diverge dans ce que l’on appelle une singularité.

Bien que théorisé très rapidement après le principe de relativité générale, un potentiel trou noir ne sera observé qu’en 1971. Pour le premier cliché du monstre cosmique, il faudra attendre 2019, plus de 100 ans après la découverte théorique de ces objets.

Des bulles remplacent les trous noirs

Les trous noirs sont des solutions particulières des équations d’Einstein présentant des points de divergences. En 2001, les physiciens Pawel Mazur and Emil Mottola ont réussi à mettre en évidence de nouvelles solutions, les étoiles de vide gravitationnel, aussi appelé gravastars.

Les gravastars présentent la même densité que les trous noirs et leur gravité en surface est également similaire. Mais ces astres, contrairement aux trous noirs, n’ont pas d’horizon des événements, ainsi que l’on appelle cette limite au-delà de laquelle plus aucune information ne peut sortir d’un trou noir.

Les gravastars sont constitués de vide et d’une couche de matière très dense en surface, comme des sortes de bulles de chewing-gum. Si ces “bulles” de vide ne s’effondrent pas, ce serait sous l’effet d’énergie noire qui exercerait une pression compensant la gravité.

Emboîter des étoiles

Dans un article publié le 15 février 2024, Daniel Jamposki et Luciano Rezzalo, physiciens à l’Université Goethe de Francfort, ont montré qu’il était possible d’avoir des gravastars imbriqués. Ils ont nommé cette étoile aux airs de poupée russe “nestar” (de l’anglais nested, signifiant imbriquée). Leurs gravastars sont légèrement différents de celles formulées en 2001.

En 2001, les physiciens de l’époque avaient considéré une pression isotrope (c’est-à-dire indépendante de l’orientation), ainsi les gravastars obtenu présentaient une couche de matière extrêmement fine, quasiment inexistante.

Pour emboîter les étoiles, les physiciens allemands ont utilisé une pression anisotrope (dépendante de l’orientation). De ce fait, leur coquille s’est épaissie, tout en restant relativement fine.

Des poupées russes de l’espace

Cet emboîtement est possible car chaque gravastar a son propre équilibre gravitationnel. Il est même possible d’emboîter autant de gravastar que l’on souhaite les uns dans les autres, à l’image des matriochkas. Les chercheurs restent néanmoins prudents. Bien que possible théoriquement, ces objets encore théoriques pourraient ne pas exister.

Dans un communiqué disponible sur le site de leur université, Luciano Rezzallo précise: “Malheureusement, nous n’avons toujours aucune idée de comment les gravastars peuvent se former. Mais même s’ils n’existent pas, explorer les propriétés mathématiques de ces solutions va ultimement éclairer notre compréhension des trous noirs”.

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