Un trou noir peut-il se scinder en deux ? La physique rend ce phénomène presque impossible...

Bien que les trous noirs grossissent généralement en fusionnant les uns avec les autres, une nouvelle étude théorique explore la possibilité inverse : celle d’un trou noir se scindant en plusieurs trous noirs plus petits. Une rotation extrême et l’existence de dimensions supplémentaires pourraient jouer un rôle déterminant dans ce phénomène.

À ce jour, aucune observation n’a permis de démontrer qu’un trou noir s’était déjà scindé en plusieurs morceaux.

Les trous noirs sont souvent considérés comme des objets isolés, mais ils peuvent également se rencontrer, entrer en collision et fusionner pour former des trous noirs encore plus massifs. Mais le phénomène inverse pourrait-il se produire ? Un trou noir pourrait-il se scinder en deux ou plusieurs trous noirs plus petits ?

Des chercheurs de l’Université du Danemark du Sud ont exploré cette possibilité dans une étude théorique publiée le 22 octobre 2026 dans la revue scientifique Physical Review D. Leurs résultats suggèrent que, dans des conditions normales, une telle division est hautement improbable. Cependant, certains scénarios extrêmes pourraient la rendre possible.

L’un des auteurs de l’étude, Francesco Sannino, a expliqué que l’objectif était d’identifier les lois physiques qui empêchent normalement cette fragmentation et les circonstances qui pourraient la rendre possible.

Jusqu’à présent, aucune observation n’a permis de démontrer qu’un trou noir s’était déjà scindé en plusieurs trous noirs plus petits.

L’entropie : l’une des clés pour comprendre le phénomène

Le principal obstacle est lié à l’entropie, une grandeur physique qui décrit les différentes configurations microscopiques possibles d’un système.

En termes simples, elle permet de comprendre quelles transformations peuvent se produire spontanément et lesquelles se heurtent à des barrières thermodynamiques.

Certains télescopes pourraient aider à détecter des signaux associés à de minuscules fragments de trous noirs.

Pour un trou noir qui ne tourne pas sur lui-même, une division en deux objets plus petits entraînerait une diminution de l’entropie totale. Cela violerait le deuxième principe de la thermodynamique, selon lequel l’entropie d’un système isolé ne peut pas diminuer spontanément.

Par conséquent, la fragmentation serait impossible dans ces conditions. Cependant, la situation pourrait changer lorsqu’un autre facteur entre en jeu : la rotation.

Une rotation extrême pourrait changer les règles

Un trou noir en rotation rapide possède une énergie liée à son mouvement de rotation, ce qui modifie les conditions physiques déterminant s’il pourrait se fragmenter.

Selon les modèles étudiés, lorsque la rotation atteint des niveaux suffisamment élevés, une fragmentation en deux ou plusieurs trous noirs plus petits pourrait devenir possible.

Les scientifiques décrivent cette transformation à l’aide d’une géométrie connue sous le nom de « topologie en pantalon ». Cette analogie représente un trou noir initial se divisant en deux objets indépendants, à l’image d’une ouverture unique qui se sépare pour former les deux jambes d’un pantalon.

Un trou noir en rotation rapide modifie les conditions physiques qui déterminent s’il pourrait se fragmenter.

Cependant, une condition essentielle doit être remplie : les trous noirs nouvellement formés doivent pouvoir s’éloigner les uns des autres, plutôt que de se rapprocher à nouveau et de fusionner.

Lorsque cette exigence est prise en compte dans les calculs, les possibilités de fragmentation diminuent considérablement. Selon Sannino, ce scénario ne semble envisageable que pour des trous noirs tournant à des vitesses proches de la limite maximale autorisée.

Et si des dimensions supplémentaires existaient ?

L’étude examine également des scénarios plus exotiques. Certaines théories suggèrent que l’Univers pourrait comporter des dimensions spatiales supplémentaires, au-delà des trois dimensions que nous connaissons dans notre vie quotidienne.

Bien que ces dimensions n’aient pas encore été détectées, leur existence modifierait notre compréhension de la gravité et pourrait influencer le comportement des trous noirs.

Dans certains modèles intégrant des dimensions supplémentaires, ces objets pourraient devenir instables et commencer à se fragmenter. Dans ce contexte, la division serait plus probable, car l’entropie totale pourrait augmenter, rendant ainsi le processus thermodynamiquement favorable.

Les chercheurs ne sont toutefois pas encore en mesure de déterminer une probabilité précise que ce phénomène se produise. Celle-ci dépend notamment du comportement de la gravité au-delà du cadre de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Une possibilité particulièrement intéressante concerne les trous noirs primordiaux, de minuscules objets hypothétiques qui auraient pu se former durant les toutes premières fractions de seconde après le Big Bang. Selon Sannino, ils seraient plus susceptibles de se fragmenter que les trous noirs astrophysiques de plus grande taille.

Pourrait-on un jour détecter la fragmentation d’un trou noir ?

Bien qu’aucune observation ne vienne actuellement étayer cette hypothèse, les scientifiques estiment que des preuves indirectes pourraient éventuellement être détectées.

Les télescopes capables de détecter les rayons gamma, comme le Fermi-LAT de la NASA, pourraient contribuer à identifier des signaux associés à de minuscules fragments de trous noirs.

Pour l’instant, la possibilité qu’un trou noir se scinde en plusieurs objets reste purement théorique. Cependant, l’étude de ce phénomène permet aux scientifiques de mettre à l’épreuve les limites des lois physiques connues et de mieux comprendre certains des phénomènes les plus extrêmes de l’Univers.