Les trous noirs sont généralement le genre de chose que l'on associe aux étoiles mourantes ou aux centres des galaxies - grands, dramatiques, difficiles à manquer. Mais la physique, toujours rabat-joie, dit qu'il n'y a pas de limite stricte de taille minimale. Dans les bonnes conditions, des trous noirs microscopiques pourraient se former lorsque l'espace-temps entre dans un état critique étrange et s'organise en un motif répétitif, semblable à un cristal. Oui, des cristaux spatio-temporels. C'est maintenant une chose.

Des chercheurs de l'Université Goethe de Francfort et de l'Université technique de Vienne (TU Wien) ont enfin réussi à décrire mathématiquement ce processus. Pour la première fois, ils ont dérivé une formule exacte pour ce phénomène, en utilisant ce qu'ils décrivent essentiellement comme « du papier et un crayon ». Parce que pourquoi utiliser un supercalculateur quand on peut faire les choses à l'ancienne ?

L'idée remonte à 1993, lorsque des simulations informatiques ont d'abord suggéré que des trous noirs pourraient se former spontanément par effondrement critique - un état finement équilibré où une petite poussée d'énergie peut faire toute la différence. Pensez à l'eau à zéro degré Celsius : un petit changement la fait geler en cristaux de glace. De même, dans des conditions critiques, la courbure de l'espace-temps peut s'organiser en un motif répétitif à travers l'espace et le temps, créant un « cristal spatio-temporel ».

Ce cristal est, comme le dit le professeur Daniel Grumiller de TU Wien, « un objet très particulier et fascinant ». C'est un état intermédiaire instable qui peut évoluer de deux manières : il pourrait simplement se dissoudre, laissant derrière lui un espace-temps ordinaire avec des particules en mouvement libre, ou - si vous ajoutez un tout petit peu d'énergie - il se transforme en trou noir. Parce que bien sûr, il le fait.

Pendant des décennies, les physiciens ont lutté pour reproduire les simulations avec des équations. La percée est venue lorsque l'équipe a essayé une solution astucieuse : ils ont fait le calcul dans plus de dimensions que notre univers n'en a. Notre univers a quatre dimensions (trois d'espace, une de temps), mais rien ne vous empêche d'écrire des équations pour cinq, quarante-deux, ou même une infinité de dimensions. Étonnamment, le problème devient plus facile lorsque vous augmentez les dimensions à l'infini. C'est comme résoudre un labyrinthe en passant par-dessus le mur.

L'équipe a d'abord résolu le problème en dimensions infinies, puis a vérifié si la solution pouvait être traduite en quatre dimensions. Ce détour mathématique leur a permis d'extraire des informations sur l'effondrement critique qui étaient auparavant extrêmement difficiles à obtenir analytiquement.

« Notre technique s'avère remarquablement stable », dit Florian Ecker de TU Wien. « Selon la précision souhaitée, nous pouvons améliorer systématiquement nos formules en utilisant des méthodes d'approximation supplémentaires. » Ainsi, les physiciens ont maintenant un nouvel outil pour étudier la formation des trous noirs et d'autres comportements extrêmes de l'espace-temps sans se fier uniquement aux simulations informatiques. Parce que rien ne dit « progrès » comme faire plus avec un crayon.

La recherche a été fournie par l'Université technique de Vienne. Note : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur - et dans ce cas, avec une généreuse dose de sarcasme.