Fin 2018, l'observatoire des ondes gravitationnelles, LIGO, ont annoncé avoir détecté la source d'ondulations de l'espace-temps la plus lointaine et la plus massive jamais surveillée :des ondes déclenchées par des paires de trous noirs entrant en collision dans l'espace lointain. Ce n'est que depuis 2015 que nous avons pu observer ces corps astronomiques invisibles, qui ne peuvent être détectés que par leur attraction gravitationnelle. L'histoire de notre chasse à ces objets énigmatiques remonte au XVIIIe siècle, mais la phase cruciale a eu lieu dans une période suffisamment sombre de l'histoire humaine - la Seconde Guerre mondiale.

Le concept d'un corps qui emprisonnerait la lumière, devenant ainsi invisible au reste de l'univers, avait d'abord été considéré par les philosophes naturels John Michell et plus tard Pierre-Simon Laplace au 18ème siècle. Ils ont utilisé les lois gravitationnelles de Newton pour calculer la vitesse de fuite d'une particule lumineuse d'un corps, prédisant l'existence d'étoiles si denses que la lumière ne pourrait pas s'en échapper. Michell les a appelés "étoiles noires".

Mais après la découverte que la lumière a pris la forme d'une onde en 1801, il est devenu difficile de savoir comment la lumière serait affectée par le champ gravitationnel newtonien, donc l'idée d'étoiles noires a été abandonnée. Il a fallu environ 115 ans pour comprendre comment la lumière sous forme d'onde se comporterait sous l'influence d'un champ gravitationnel, avec la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein en 1915, et la solution de Karl Schwarzschild à ce problème un an plus tard.

Schwarzschild a également prédit l'existence d'une circonférence critique d'un corps, au-delà duquel la lumière ne pourrait pas passer :le rayon de Schwarzschild. Cette idée était similaire à celle de Michell, mais maintenant cette circonférence critique était comprise comme une barrière impénétrable.

Ce n'est qu'en 1933 que George Lemaître montra que cette impénétrabilité n'était qu'une illusion qu'aurait un observateur lointain. En utilisant la désormais célèbre illustration d'Alice et Bob, le physicien a émis l'hypothèse que si Bob restait immobile pendant qu'Alice sautait dans le trou noir, Bob verrait l'image d'Alice ralentir jusqu'à se figer juste avant d'atteindre le rayon de Schwarzschild. Lemaître a aussi montré qu'en réalité, Alice franchit cette barrière :Bob et Alice vivent l'événement différemment.

Malgré cette théorie, à l'époque il n'y avait aucun objet connu d'une telle taille, rien même près d'un trou noir. Donc personne ne croyait qu'il existerait quelque chose de similaire aux étoiles noires comme l'hypothèse de Michell existe. En réalité, personne n'a même osé traiter la possibilité avec sérieux. Pas avant la Seconde Guerre mondiale.

Des étoiles noires aux trous noirs

Le 1er septembre 1939, l'armée allemande nazie envahit la Pologne, déclenchant le début de la guerre qui a changé à jamais l'histoire du monde. Remarquablement, c'est ce même jour que fut publié le premier article académique sur les trous noirs. L'article désormais acclamé, Sur la contraction gravitationnelle continue, par J Robert Oppenheimer et Hartland Snyder, deux physiciens américains, a été un point crucial dans l'histoire des trous noirs. Ce timing semble particulièrement étrange si l'on considère la centralité du reste de la Seconde Guerre mondiale dans le développement de la théorie des trous noirs.

Il s'agissait du troisième et dernier article d'Oppenheimer en astrophysique. Dedans, lui et Snyder prédisent la contraction continue d'une étoile sous l'influence de son propre champ gravitationnel, créant un corps avec une force d'attraction intense dont même la lumière ne pourrait s'en échapper. C'était la première version du concept moderne de trou noir, un corps astronomique si massif qu'il ne peut être détecté que par son attraction gravitationnelle.

En 1939, c'était encore une idée trop étrange pour être crue. Il faudrait deux décennies pour que le concept soit suffisamment développé pour que les physiciens commencent à accepter les conséquences de la contraction continue décrite par Oppenheimer. Et la Seconde Guerre mondiale elle-même a joué un rôle crucial dans son développement, en raison de l'investissement du gouvernement américain dans la recherche de bombes atomiques.

Renaître de ses cendres

Oppenheimer, bien sûr, n'était pas seulement un personnage important dans l'histoire des trous noirs. Il deviendra plus tard le chef du projet Manhattan, le centre de recherche qui a conduit au développement des armes atomiques.

Les politiciens ont compris l'importance d'investir dans la science afin d'apporter un avantage militaire. Par conséquent, à tous les niveaux, il y avait un investissement important dans la recherche en physique révolutionnaire liée à la guerre, la physique nucléaire et le développement de nouvelles technologies. Toutes sortes de physiciens se sont consacrés à ce genre de recherche, et comme conséquence immédiate, les domaines de la cosmologie et de l'astrophysique étaient pour la plupart oubliés, y compris l'article d'Oppenheimer.

Malgré la décennie perdue pour la recherche astronomique à grande échelle, la discipline de la physique a prospéré dans son ensemble à la suite de la guerre - en fait, la physique militaire a fini par augmenter l'astronomie. Les États-Unis ont quitté la guerre en tant que centre de la physique moderne. Le nombre de doctorats a explosé, et une nouvelle tradition de formation postdoctorale s'est mise en place.

A la fin de la guerre, l'étude de l'univers a été relancée. Il y a eu une renaissance de la théorie de la relativité générale autrefois sous-estimée. La guerre a changé notre façon de faire de la physique :et finalement, cela a conduit les domaines de la cosmologie et de la relativité générale à obtenir la reconnaissance qu'ils méritent. Et cela était fondamental pour l'acceptation et la compréhension des trous noirs.

L'université de Princeton est alors devenue le centre d'une nouvelle génération de relativistes. C'est là que le physicien nucléaire, John A Wheeler, qui a plus tard popularisé le nom de "trou noir", a eu son premier contact avec la relativité générale, et réanalysé le travail d'Oppenheimer. Sceptique au début, l'influence des proches relativistes, de nouvelles avancées dans la simulation informatique et la technologie radio - développées pendant la guerre - ont fait de lui le plus grand passionné des prédictions d'Oppenheimer le jour où la guerre a éclaté, 1er septembre 1939.

Depuis, de nouvelles propriétés et types de trous noirs ont été théorisés et découverts, mais tout cela n'a culminé qu'en 2015. La mesure des ondes gravitationnelles créées dans un système binaire de trous noirs a été la première preuve concrète de l'existence des trous noirs.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.