J. Robert Oppenheimer, maintenant le protagoniste d’un film très attendu qui sortira en salles le 21 juillet, est aujourd’hui surtout connu pour sa direction scientifique du projet américain Manhattan, le programme de crash de la Seconde Guerre mondiale pour construire les toutes premières bombes atomiques. Mais quelques années plus tôt, Oppenheimer s’était retrouvé à réfléchir à des «armes» de destruction massive très différentes: les trous noirs – bien qu’il faille attendre des décennies avant que ce nom n’apparaisse.
«C’était influent; c’était visionnaire », déclare Feryal Özel, astrophysicien au Georgia Institute of Technology, à propos des travaux d’Oppenheimer sur les trous noirs et les étoiles à neutrons, les cadavres super denses d’étoiles massives expirées. “Il a un impact durable.” Özel est membre fondateur de l’Event Horizon Telescope Collaboration, qui a publié la toute première image d’un trou noir en 2019– 80 ans après qu’Oppenheimer ait co-écrit un article théorisant que de tels objets pourraient exister.
Özel n’est pas le seul grand physicien moderne à admirer les travaux d’Oppenheimer sur les trous noirs. « Il tient complètement debout ; il n’y a pas de défauts », déclare Kip Thorne, professeur émérite de physique au California Institute of Technology. Thorne a remporté le prix Nobel de physique en 2017 pour son travail avec l’observatoire d’ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO), qui a détecté en 2015 ondes gravitationnelles de deux trous noirs en collision. « C’est allé bien au-delà de tout ce que n’importe qui d’autre n’avait jamais fait », dit Thorne à propos de l’article « tour de force » d’Oppenheimer explorant les trous noirs, qui ne fait que cinq pages. “C’est incroyable ce qu’il y a dedans.”
La brève incursion d’Oppenheimer dans l’astrophysique a commencé par un article de 1938 sur les étoiles à neutrons, qui s’est poursuivi dans un article de 1939 qui incorporait davantage les principes de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Il a ensuite publié un troisième papier sur les trous noirs le 1er septembre 1939, mais à l’époque, on s’en est à peine aperçu car c’était le jour même où l’Allemagne envahissait la Pologne, déclenchant la Seconde Guerre mondiale. Oppenheimer n’a plus jamais écrit sur le sujet.
Même s’ils n’avaient pas été éclipsés par la guerre, les travaux d’Oppenheimer sur les étoiles à neutrons et les trous noirs “n’étaient pas considérés comme très importants à l’époque”, explique Cathryn Carson, historienne des sciences à l’Université de Californie à Berkeley.
Chaque article a été écrit avec un membre différent de l’essaim d’étudiants diplômés et de chercheurs postdoctoraux qu’Oppenheimer a soigneusement cultivés. Ces protégés ont facilité sa capacité à passer d’un sujet de recherche à l’autre et, en fin de compte, selon Thorne et d’autres, représentent l’une de ses contributions les plus importantes à la physique.
Le troisième article culminant d’Oppenheimer, écrit avec son étudiant Hartland Snyder, explore les implications de la relativité générale sur les étoiles les plus massives de l’univers. Bien que les physiciens aient dû inclure certaines hypothèses pour simplifier la question, ils ont déterminé qu’une étoile suffisamment grande s’effondrerait gravitationnellement indéfiniment – et dans un laps de temps fini, ce qui signifie que les objets que nous connaissons maintenant sous le nom de trous noirs pourraient exister.
“Finalement, il devrait émerger ce que nous appellerions maintenant une singularité à l’origine, un point de densité infinie où, dans un certain sens, l’espace-temps lui-même se déchire, et là devrait devenir ce que nous appellerions maintenant un horizon des événements”, explique David Kaiser, physicien et historien des sciences au Massachusetts Institute of Technology. “Tout cela est dans cet article – pas dans le vocabulaire moderne, mais les mathématiques sont absolument reconnaissables pour nous aujourd’hui.”
Au cours des décennies qui ont suivi la bombe du trou noir d’Oppenheimer et Snyder, les scientifiques ont confirmé que les mêmes principes s’appliquent même sans les hypothèses simplificatrices initialement mises en place. Thorne dit que l’article est particulièrement stupéfiant, compte tenu des travaux contemporains d’un physicien encore plus célèbre, celui qui a développé la relativité générale en premier lieu.
“[Albert] Einstein a publié presque simultanément un document dans lequel il a fait valoir que vous ne peut pas faire rétrécir une étoile ou un objet à la taille de ce que nous appelons maintenant le rayon gravitationnel ou la taille d’un trou noir », explique Thorne. “Einstein avait complètement tort.”
Mais malgré le mérite des travaux d’Oppenheimer et Snyder sur les trous noirs, le sujet a mijoté en veilleuse des physiciens pendant des décennies – et aujourd’hui est peut-être mieux connu comme un exemple qui donne à réfléchir sur la façon dont des idées brillantes peuvent être négligées, déclare Manuel Ortega-Rodríguez, physicien théoricien à l’Université du Costa Rica.
“Cela m’a semblé vraiment, vraiment intéressant, fascinant et effrayant qu’une telle idée existe depuis environ 25 ans, et personne n’y a prêté attention”, dit-il. “Cela signifie qu’aujourd’hui, nous pourrions avoir une idée tout aussi révolutionnaire que la communauté ignore.”
