Trou noir chevelu : le calcul qui le sépare de ses cheveux et laisse une étoile sans horizon

1 trou noir au départ, 2 objets à l’arrivée. Quatre chercheurs de l’université d’Aveiro ont calculé qu’un trou noir « chevelu » peut se fendre en un trou noir nu et une étoile à bosons sans horizon (Physical Review D, 2 septembre 2026). Le trou noir survit à l’opération : il est éjecté de sa propre chevelure.

Trois nombres, et rien d’autre

Trois nombres suffisent à décrire un trou noir stationnaire : sa masse, son moment cinétique et sa charge électrique. Les théorèmes d’unicité, résumés par l’Institut Max-Planck de physique gravitationnelle, veulent qu’une fois ces trois grandeurs connues, les propriétés de l’objet soient entièrement déterminées. Tout le reste disparaît derrière l’horizon, d’où la formule consacrée : les trous noirs n’ont pas de cheveux.

Ces théorèmes se contournent, et les auteurs d’Aveiro le rappellent dans leur préprint de onze pages. On obtient alors des trous noirs dits chevelus : un champ supplémentaire s’installe autour de l’horizon et y reste, au lieu de tomber dedans. La chevelure se tient donc dehors. Sous l’horizon, un autre débat continue, entre une singularité ponctuelle et une surface plutôt qu’un point.

Une chevelure tenue par deux forces contraires

Le système porte un nom lourd : Einstein-Maxwell-scalaire, avec un champ scalaire chargé. Les solutions étudiées sont statiques, sphériques et électriquement chargées. Le champ qui les entoure oscille à une fréquence accordée sur le potentiel électrique de l’horizon, ce que les physiciens appellent une condition de résonance. Sans auto-interaction du champ, ces objets n’existent pas.

L’ensemble tient par un rapport de forces : l’instabilité naît, écrivent les auteurs, de « l’équilibre instable entre l’attraction gravitationnelle et la répulsion électromagnétique » qui relie la chevelure au trou noir. Tant que la configuration reste parfaitement sphérique, rien ne bouge : la dynamique non sphérique fait tout basculer.

Absorption ou fission : les deux fins calculées

Les simulations donnent deux issues, selon la solution de départ. Dans l’absorption, le trou noir avale le champ scalaire et redevient chauve. Dans la fission, rien n’est détruit : le trou noir est éjecté de la chevelure. Il reste deux corps, un trou noir nu et une étoile à bosons chargée.

Les chercheurs le résument dans leurs propos à ScienceAlert : « Le résultat le plus remarquable est sans doute que nous avons trouvé une nouvelle façon pour un trou noir chevelu de se désintégrer. » Le potentiel testé d’abord est de type Q-ball, le suivant est axionique. L’instabilité revient dans les deux cas, et les auteurs en tirent qu’elle pourrait valoir pour d’autres classes de modèles.

Depuis la fin des années 1960, on appelle étoile à bosons un champ scalaire qui se tient par sa propre gravité (Living Reviews in Relativity). Pas d’horizon des événements, donc rien pour piéger la lumière : l’objet est décrit comme transparent, et il reste hypothétique. Ces solutions servent aussi de modèles de matière noire et d’imitateurs de trous noirs.

Les auteurs ont mis en ligne deux animations de leurs simulations. On y voit le trou noir sortir de la chevelure par le côté, puis s’éloigner.

Ce qu’un détecteur pourrait en voir

Depuis les premières détections de 2015, quatre catalogues d’observation totalisent plus de 200 événements d’ondes gravitationnelles, rappelle l’article de Physical Review D. LISA et l’Einstein Telescope prendront la suite. Ces progrès doivent permettre des tests plus précis de la relativité générale et de la nature des objets compacts, écrivent les auteurs.

Le papier ne donne pas de forme d’onde pour la fission. Interrogés par ScienceAlert, les chercheurs avancent qu’« un processus de brisure de symétrie aussi violent devrait produire un signal caractéristique d’ondes gravitationnelles ». La fission, ajoutent-ils, ressemble si peu à la fusion de deux trous noirs que la forme du signal en porterait des traits distinctifs.

Ils posent eux-mêmes la limite : « Le mécanisme repose sur une charge électrique ordinaire, alors que les trous noirs astrophysiques sont censés porter très peu de charge nette. » Le scénario décrit donc un objet de calcul, pas encore un trou noir du ciel. Ce qu’on observe autour des trous noirs réels reste de la matière ordinaire, comme une étoile rescapée dont les éruptions pâlissent.

La mission LISA de l’ESA doit décoller de Kourou sur une Ariane 6 en 2035.

Article créé en collaboration avec l’IA.