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La physique des trous noirs récompensée par le prix Nobel de Penrose, Hawking s’appuie sur les travaux de la physicienne indienne Amal Raychaudhuri

Le physicien britannique Dr Roger Penrose a reçu la moitié du prix Nobel de physique cette année. Professeur émérite à l’Université d’Oxford, Penrose a collaboré avec Stephen Hawking il y a un demi-siècle pour co-développer des théories sur l’existence et la nature des trous noirs. Peu de gens savent que leur travail repose sur les épaules du physicien Amal Kumar Raychaudhuri, né à Calcutta. L’équation de Raychaudhuri en relativité générale, dérivée par Raychaudhuri, est maintenant sous les projecteurs.

L’équation de Raychaudhuri, un résultat fondamental de la relativité générale, décrit comment des morceaux de matière proches se déplacent. Il a été découvert indépendamment par Raychaudhuri et le physicien soviétique Lev Landau comme une simple validation générale de notre attente que la gravitation est une force universelle qui attire les objets avec masse et énergie selon la théorie de la relativité générale (et la théorie de la gravitation de Newton).

La physique des trous noirs récompensée par le prix Nobel de Penrose, Hawking s'appuie sur les travaux de la physicienne indienne Amal Raychaudhuri

Cette illustration représente un homicide cosmique en action. Une étoile rebelle est déchiquetée par l’intense attraction gravitationnelle d’un trou noir qui contient des dizaines de milliers de masses solaires. Crédit d’image: NASA, ESA et D. Player

Un trou noir est une région de l’espace-temps où la gravité est si forte que rien – aucune particule ou même un rayonnement électromagnétique comme la lumière – ne peut s’en échapper. La théorie de la relativité générale d’Einstein prédit qu’une masse suffisamment compacte peut déformer l’espace-temps pour former un trou noir.

Les singularités sont des emplacements dans l’espace-temps où le champ gravitationnel d’un objet est censé devenir infini d’une manière indépendante des systèmes de coordonnées. Des singularités peuvent être trouvées dans tous les espaces-temps connus des trous noirs, ce qui les lie ensemble dans la recherche de réponses en astrophysique.

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Les théorèmes de singularité de Penrose-Hawking tentent d’expliquer les conditions dans lesquelles la gravitation produit des «singularités». L’équation de Raychaudhuri est un lemme fondamental pour cette série de théories sur les trous noirs. Penrose, en collaboration avec le cosmologiste Stephen Hawking, a utilisé l’équation de Raychauduri publiée dans la revue Examen physique en 1955, pour un description mathématique des trous noirs en 1969. Même si la Relativité Générale avait prédit leur existence, Einstein lui-même n’y croyait pas.

L’équation de Raychaudhuri continue d’être un outil clé dans l’étude du comportement des horizons de trous noirs en physique moderne, astrophysicien Aswin Sekar écrit dans le fil.

« [The equation]… a ses racines dans la géométrie simple et non dans la théorie de la relativité d’Einstein. Cela signifie que les idées de Raychaudhuri dureront même si la théorie d’Einstein était remplacée par un paradigme différent ou plus avancé », ajoute-t-il.

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