Les trous noirs au cœur
Les trous noirs ont été caractérisés de nombreuses façons au cours des décennies qui ont suivi leur confirmation indiscutable – passant de la théorie à la réalité. Parmi leurs caractéristiques les moins connues, on trouve le fait qu’ils sont les objets les plus brillants de l’univers connu, appelés quasars, sources des plus fortes émissions de matière et d’énergie. Cela semble paradoxal par rapport à leur principale qualité, à savoir être des trous noirs et inéluctables. Récemment, ils ont également été décrits comme des sources d’énergie potentiellement porteuses de vie [Paradis pour la vie à la lumière des AGN] et comme des moteurs de la création [1, voir aussi Les preuves de la formation de galaxies par les trous noirs s’accumulent!]. Souvent, dans le but apparent d’attirer l’attention, ils sont plus communément décrits comme des systèmes voraces et dévorants, semant le chaos et la destruction. Bien que cela puisse capter l’attention, ce n’est pas une caractérisation exacte des trous noirs et cela a largement induit en erreur les scientifiques et le public non spécialisé.
Ce que nous savons aujourd’hui, souvent en observant directement les systèmes dynamiques qui se forment autour des trous noirs, c’est qu’il s’agit certes de systèmes extrêmement énergétiques, mais qu’ils génèrent également une grande cohérence et un ordre élevé. Ils jouent un rôle essentiel dans la formation et le développement de la matière organisée. Cela est bien établi pour les galaxies, mais ce concept commence également à s’étendre à d’autres systèmes organisés de matière, comme les étoiles [2], les atomes [3] et même l’univers lui-même [voir l’article d’Inés Urdaneta « Is JWST Confirming Haramein’s Holographic Solution Predicting that the Universe is a Black Hole« ]. L’un des domaines de recherche les plus importants est le rôle potentiel des trous noirs au cœur des étoiles. Je prédis depuis longtemps que les étoiles sont des systèmes de trous noirs, ce qui peut sembler une idée folle. Cependant, il faut se rappeler que les caractérisations prédominantes des trous noirs sont incomplètes (ou carrément fausses dans certains cas), et que les caractérisations plus précises des trous noirs sont rarement prises en compte : comme le fait d’être les objets les plus brillants de l’univers, d’être les premiers objets à se former dans l’univers, de jouer un rôle possible dans la formation de la vie, et d’être les moteurs galactiques de la formation et du développement organisés des galaxies. Grâce à ces nombreux développements récents qui permettent une caractérisation plus précise des trous noirs, l’idée qu’ils puissent former le cœur des étoiles, comme notre soleil, devient une possibilité étonnamment raisonnable avec une probabilité considérable d’être détectée et vérifiée.
En effet, de nombreuses sources de données convergent aujourd’hui pour corroborer le modèle que j’utilise depuis longtemps, à savoir que les trous noirs constituent le noyau organisationnel de la matière ordonnée à toutes les échelles – un modèle qui explique que les trous noirs intrinsèques, de l’échelle quantique à l’échelle cosmologique, se trouvent au cœur de la matière organisée, que ce soit à l’échelle galactique et stellaire ou à l’échelle des particules subatomiques. En fait, le modèle prédit que les trous noirs se trouvent au cœur des systèmes de matière organisée, comme les atomes et les galaxies, avec une telle régularité et une telle périodicité que la condition de Schwarzschild – typiquement donnée comme le rayon auquel une densité de masse et d’énergie particulière génère un horizon des événements – lorsqu’elle est analysée à travers l’échelle, forme une véritable loi universelle de mise à l’échelle. Les exemples d’une telle mise à l’échelle examinant la périodicité dans les échelles universelles sont nombreux. L’un d’entre eux peut être vu dans le travail de Reese et Carr publié dans Nature en 1979 [4] (figure 1A) et un autre est détaillé dans mes publications Scale unification : a universal scaling law for organized matter [5] et the Schwarzschild Proton [6] (figure 1B). Poussée jusqu’à sa conclusion logique, la loi d’échelle universelle prédit que les trous noirs devraient être au cœur de nombreux systèmes primaires : des particules (Les atomes sont-ils des trous noirs ?) aux étoiles, aux galaxies et même à l’univers, dont on comprend aujourd’hui qu’il obéit effectivement à la condition d’un trou noir. Une prédiction qui est en partie directement impliquée par la loi d’échelle universelle est que les étoiles se forment également à partir de trous noirs intrinsèques et que nous devrions nous attendre à trouver de tels systèmes primaires au cœur de la plupart des étoiles, y compris notre soleil. Aujourd’hui, il semble que les preuves de cette observation s’accumulent.
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Au lieu d’être qualifiés de « monstres voraces et dévorants », les trous noirs, dans certains cas, sont maintenant décrits et désignés comme des semences. En effet, les trous noirs sont des germes de création et, comme nous l’avons expliqué dans notre article intitulé « Les moteurs galactiques », au cours des trois dernières décennies, j’ai décrit les trous noirs intrinsèques, communément appelés « trous noirs primordiaux » (PBH), comme étant les noyaux d’organisation des systèmes physiques. Ces systèmes de matière organisée se forment autour d’un trou noir central (les trous noirs primordiaux agissent comme un centre de nucléation). Il s’agit d’un concept que nous explorons depuis de nombreuses années, comme dans notre article Astrophysics Gets Turned on its Head : Black Holes Come First, dans lequel nous avons discuté de mon modèle d’évolution stellaire qui est contraire au modèle conventionnel de formation des trous noirs, c’est-à-dire que les trous noirs ne se forment pas à partir d’étoiles effondrées, mais que les étoiles se forment autour des trous noirs primordiaux (Figure 2).
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Cette théorie, bien qu’apparemment farfelue – puisque les trous noirs sont caractérisés à tort comme des « monstres dévoreurs » dans les conceptions populaires (erronées) – a fait l’objet de vérifications importantes ces dernières années grâce à des observations et des études directes. Il est désormais presque certain que les trous noirs ont été les premiers à former la matière organisée, à donner naissance aux étoiles et aux galaxies naissantes (les trous noirs n’ont pas seulement existé à l’aube des temps, ils ont donné naissance à de nouvelles étoiles et ont accéléré la formation des galaxies). Les observations empiriques du télescope spatial James Webb (JWST) révèlent que les trous noirs n’ont pas seulement servi de centre de nucléation pour les galaxies naissantes, mais qu’ils ont été directement responsables de la formation des étoiles et de la croissance des premières galaxies [7]. Nous assistons donc, dans le cadre de la théorie astrophysique, à un renversement de l’ordre conventionnel des choses : au lieu que les étoiles forment les trous noirs, ce sont les trous noirs qui forment les étoiles.
Dès 1975, les astrophysiciens Clayton, Newman et Talbot avaient souligné l’importance des « trous noirs primitifs » pour la formation et l’évolution des étoiles [8] :
Hawking (1971) a proposé l’existence de trous noirs microscopiques résultant du big bang, et l’on pourrait imaginer la formation d’une protoétoile autour de l’un d’entre eux. En effet, le mécanisme de formation des étoiles est si mal compris (Talbot et Arnett 1973) que l’on pourrait même postuler que la présence d’un trou noir primordial est nécessaire en tant que noyau pour la formation d’une étoile.
D. D. Clayton, M. J. Newman, et R. J. Talbot Jr, « Solar models of low neutrino-counting rate – The central black hole, » ApJ, vol. 201, p. 489, Oct. 1975, doi : 10.1086/153910.
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Clayton et al, avaient souligné que les modèles standards de formation stellaire (jusqu’à aujourd’hui) ont des difficultés à décrire la formation d’une étoile parce que les nébuleuses en contraction peuvent rester bloquées pendant des milliards d’années alors que la pression radiative thermodynamique s’équilibre avec la force de contraction gravitationnelle, de sorte qu’une force externe, souvent une supernova, est nécessaire pour achever la contraction ; une situation dans laquelle une étoile est nécessaire pour former une étoile (une étoile qui explose envoie une onde de choc qui pousse la condensation du gaz interstellaire à dépasser le point d’équilibre et à se transformer en une protoétoile). Comme le montre l’image ci-dessus, un trou noir primordial peut être la structure centrale nucléante qui surmonte la condition d’équilibre et déclenche et ordonne la formation d’une protoétoile.
L’idée que les trous noirs intrinsèques ou primordiaux sont les germes de la formation de structures dans les systèmes organisés de matière est explorée au-delà des processus qui ont été directement observés et quantifiés pour les noyaux actifs de galaxie (AGN), alimentant la formation de nouvelles étoiles dans les galaxies naissantes, c’est-à-dire les trous noirs supermassifs primordiaux qui entraînent et régulent la formation de nouvelles étoiles, des trous noirs primordiaux supermassifs qui entraînent et régulent la formation de nouvelles étoiles, mais aussi des études récentes qui explorent si – tout comme nous avons découvert que c’est le cas pour les galaxies – les étoiles se forment également autour des trous noirs primordiaux [9, 10, Woods, P. Black hole Sun. Nat Astron 8, 151 (2024). https://doi.org/10.1038/s41550-024-02214-x]. Quelle serait la dynamique d’un tel système et une étoile avec un trou noir en son cœur, une étoile dite de Hawking, serait-elle stable ? Existe-t-il une raison de croire à une telle supposition et pourrions-nous sonder l’étoile la plus proche, le Soleil, afin d’identifier empiriquement si elle abrite un trou noir primordial en son cœur ? On découvre aujourd’hui que la réponse à toutes ces questions est affirmative. Des données d’observation récentes révèlent que le Soleil, « règle standard » à laquelle toutes les autres étoiles sont comparées et caractérisées, est loin d’être parfaitement compris et qu’il émet des rayonnements électromagnétiques à des niveaux d’énergie et de fréquence qu’il ne devrait tout simplement pas atteindre, ce qui soulève (à nouveau) la question suivante : que se passe-t-il à l’intérieur du Soleil que le modèle solaire standard n’a pas du tout pris en compte ?
La physique du soleil est mal comprise
“Nous pensions avoir compris cette étoile, mais ce n’est pas le cas… le soleil ne peut pas être aussi brillant à ces énergies”.
L’astrophysicien Mehr Un Nisa pour l’article Le soleil émet le rayonnement le plus énergétique jamais enregistré, ce qui soulève des questions sur la physique solaire.
Une équipe internationale de physiciens des astroparticules a fait état de nouvelles données concernant un flux inexpliqué de rayons gamma de très haute énergie provenant du Soleil à des niveaux d’énergie de l’ordre du téraélectronvolt (TeV) [11]. Cette observation stupéfiante approfondit le mystère de l’énigmatique flux de rayons gamma, révélant que le Soleil – l’étoile la plus étudiée – est loin d’être compris et que les modèles astrophysiques de la dynamique du plasma solaire magnétisé ont besoin d’être mis à jour. L’observation est le résultat d’une analyse de 6 années de données de rayons gamma de haute énergie provenant du Soleil, détectés par l’observatoire High Altitude Water Cherenkov (HAWC) [12]. En 2019, une décennie d’observations du Soleil par des télescopes avait permis de découvrir des émissions de rayons gamma 7 à 20 fois plus importantes et à des fréquences plus élevées (énergies plus élevées) que ce que prévoyait la modélisation théorique conventionnelle, une découverte qui avait laissé les astrophysiciens perplexes (Le Soleil est plus étrange que ne l’imaginaient les astrophysiciens). Loin d’être résolue, l’anomalie n’a fait que s’accentuer, les dernières données ayant révélé un flux encore plus élevé à des énergies de l’ordre du téraélectronvolt, des niveaux d’énergie photonique qui, selon la théorie conventionnelle, ne devraient pas être possibles pour le Soleil. Pourtant, le flux anormal de rayons gamma a été détecté dans diverses conditions par de multiples observatoires et capteurs. Il est très probable que cette observation révèle quelque chose de fondamental sur la structure du noyau et la magnétosphère du Soleil.
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Le flux de très haute énergie observé en provenance du Soleil n’est pas bien expliqué par les modèles solaires actuels et défie les postulats antérieurs selon lesquels un afflux de rayons cosmiques serait à l’origine des émissions de rayons gamma, car le flux est 10 à 20 fois supérieur à celui calculé par ce mécanisme. En outre, les dernières détections portent sur des niveaux d’énergie compris entre 1 et 10 billions d’électronvolts (voir la vidéo ci-dessous : le Soleil émet des rayons gamma 30 fois plus intenses que jamais auparavant).
Un téraélectron-volt a à peu près la même force que l’énergie cinétique d’un moustique volant, mais cela représente un TeV par photon – un paquet d’ondes environ un quintillion de fois plus petit qu’un moustique – et dans une explosion de rayons gamma, il y a un « gazillion » de photons émis, qui s’ajoutent cumulativement à une énorme quantité d’énergie. À titre de comparaison, la lumière dans le domaine visible a une énergie inférieure à 10 électronvolts (eV), les photons ultraviolets juste au-dessus de 10 eV transportent déjà suffisamment d’énergie pour ioniser la matière (ce qui peut entraîner un « coup »de soleil), et un appareil à rayons X standard dans un hôpital émet des photons d’une énergie d’environ 2 000 eV.
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Les processus générant des rayons gamma sont des événements à très haute énergie, comme la fusion nucléaire, la fission, l’annihilation matière-antimatière, ou des champs magnétiques extrêmement élevés, dans lesquels des particules chargées relativistes accélérées dans des trajectoires courbes et toroïdales de champs magnétiques génèrent un rayonnement synchrotron ou rayonnement de courbure – dans les disques d’accrétion autour des trous noirs, le rayonnement synchroton peut atteindre des énergies ultra-élevées. La fusion nucléaire se produit dans les régions centrales des étoiles et les rayons gamma produits par ce processus sont absorbés par les couches de plasma environnantes et dégradés en photons de moindre énergie par absorption, réémission, diffusion et conversion en énergie thermique, ce qui signifie que le quantum d’énergie extrêmement élevée qui a commencé comme photon gamma peut prendre des dizaines de milliers d’années pour se diffuser à travers les couches de plasma et être rayonné comme un quantum de lumière comparativement de moindre énergie (le Soleil rayonne principalement dans la gamme des couleurs optiques du spectre électromagnétique, à un maximum d’environ 10 eV par photon).
Le rayonnement de courbure ou magnetobremsstrahlung reste donc la source la plus probable des rayons gamma cosmiques et, en effet, des rayons gamma de très haute énergie, de 100 téraélectronvolts à 1,4 pétaélectronvolts (1015 eV), ont été détectés au centre de la Galaxie [13], très probablement en provenance du trou noir supermassif Sagittarius A* [14], ce qui confirme l’existence d’un accélérateur de particules naturel PeVatron. Ainsi, les seules sources dont les champs magnétiques sont suffisamment puissants pour produire des rayons gamma sont les trous noirs, les pulsars et les magnétars (voir notre article sur la création de particules à partir du vide quantique et la vidéo Unified Science Review qui l’accompagne, dans laquelle l’effet Schwinger autour des trous noirs et des étoiles à neutrons est abordé). Alors, comment se fait-il que des rayons gamma de haute énergie – de l’ordre du trillion d’électrons-volts – soient émis par le Soleil, qui n’est reconnu ni comme un trou noir ni comme une étoile à neutrons, n’est-ce pas ? Aussi étrange que cela puisse paraître, il est possible qu’une source inconnue à l’intérieur du Soleil alimente son profil énergétique anormalement élevé. Plusieurs explications ont été avancées pour ce que pourrait être cette source inconnue d’énergie ultra-élevée, la plus remarquable étant peut-être la présence d’un trou noir au cœur de l’étoile – une idée qui a une longue histoire, depuis Hawking [15] jusqu’à mes propres modèles d’évolution stellaire développés au début des années 90 – et qui a même été avancée pour expliquer d’autres anomalies dans le spectre de rayonnement du Soleil, comme l’absence de neutrinos solaires (à un tiers du taux de flux attendu) [voir par exemple la référence numéro 8 citée précédemment]. Une chose est certaine : les dernières données révélant des niveaux d’énergie électromagnétique qui ne devraient pas être possibles, en conjonction avec plusieurs autres propriétés mal comprises telles que la métallicité aberrante du Soleil, inférieure aux prévisions, ou le chauffage inexpliqué de la couronne solaire – avec les émissions correspondantes de rayons X à haute énergie – commencent à indiquer que le modèle solaire standard doit être révisé ou remplacé.
L’essor du soleil TeV
Nous rapportons la première détection d’un flux de rayons gamma de niveau TeV provenant du disque solaire.
Équipe d’analyse du flux de rayons gamma solaires du HAWC, The TeV Sun Rises, [11].
Tout d’abord, examinons le modèle solaire standard et la façon dont les données d’observation récentes, telles que les rayons gamma téraélectroniques, commencent à remettre en question ce modèle, car le Soleil ne devrait pas être aussi « brillant » à ces énergies selon le modèle solaire standard. Au cours de son cycle solaire d’environ 11 ans, le Soleil traverse une période d’activité croissante et décroissante appelée maximum solaire, au cours de laquelle il atteint un taux d’activité maximal. Le cycle solaire décrit une période d’activité solaire induite par le champ magnétique du soleil et est fortement corrélé à la fréquence et à l’intensité des taches solaires visibles à la surface ; les taches solaires sont un indicateur direct de l’intensité de l’activité, qui comprend les éruptions solaires et les éjections de masse de plasma. Il est intéressant de noter que les rayons gamma anormaux sont anticorrélés avec l’activité des taches solaires (figure 5) et donc avec le cycle solaire [16] : les rayons gamma les plus énergétiques sont observés pendant le minimum solaire et émanent de la région équatoriale. Ils contiennent les rayons gamma de 200+ gigaélectronvolts (1011 eV) jusqu’aux rayons gamma TeV (1012 eV) qui ont été récemment observés, tandis qu’au maximum solaire, on observe des émissions de rayons gamma relativement moins énergétiques qui semblent provenir principalement des pôles du soleil. Si ces caractéristiques observées du Soleil n’étaient pas assez énigmatiques, il y a aussi un creux inexpliqué dans la fréquence spectrale à des niveaux d’énergie de 30 à 50 GeV, comme si les rayons gamma dans cette gamme de fréquence étaient filtrés par un processus inconnu, ce qui n’était pas prévu par la théorie.
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La figure 3 est tirée d’une nouvelle étude publiée dans l’Astrophysical Journal par Bruno Arsioli et Elena Orlando, intitulée Yet Another Sunshine Mystery : Unexpected Asymmetry in GeV Emission from the Solar Disk [17], dans laquelle ils ont compressé un film de 14 ans du soleil observé en rayons gamma qui révèle – contrairement à ce qui était attendu – une distribution non uniforme des émissions de haute énergie. Comme on peut le voir dans la vidéo ci-dessous, pendant le maximum du cycle d’activité solaire, les rayons gamma sont émis plus souvent à des latitudes plus élevées. Ils étaient particulièrement concentrés sur les pôles solaires en juin 2014, lors de l’inversion du champ magnétique solaire, lorsque le dipôle du champ magnétique du soleil échange ses deux signes. Il existe donc une forte corrélation entre l’asymétrie de l’émission de rayons gamma solaires et l’inversion du champ magnétique solaire.
Ce flux de rayons gamma anisotrope ou non uniforme est source de confusion pour l’explication conventionnelle basée sur les hadrons (c’est-à-dire les rayons cosmiques) comme origine du rayonnement électromagnétique de haute énergie. En effet, le rayonnement gamma n’étant pas isotrope et étant directement anti-corrélé avec les taches solaires, il semble fortement lié à ces structures non uniformes bien connues à la surface du Soleil, telles que les taches solaires et les vortex polaires. Ces structures magnétiques très localisées pourraient être à l’origine du mécanisme entraînant d’importantes émissions de rayons gamma. Cela suggère que la source énergétique à l’intérieur du Soleil, responsable de ces structures magnétiques à haute énergie, pourrait être une dynamique qui concentre l’énergie à l’équateur et aux pôles, similaire à celle d’un trou noir en accrétion.
À noter que des activités similaires ont été observées dans l’ionosphère terrestre, appelées flashs de rayons gamma terrestres (TGF), qui sont associés à des orages et produisent des émissions de haute énergie allant jusqu’à 20 MeV, ainsi que des paires de particules matière-antimatière sous forme de faisceaux d’électrons et de positons (figure 6). On ne pensait pas que l’activité électromagnétique et plasmatique dans l’atmosphère terrestre était suffisamment forte pour entraîner des processus tels que la production de paires de particules matière-antimatière et de rayons gamma de haute énergie. Tout comme l’émission anormale de rayons gamma par le Soleil, le mécanisme et les processus impliqués dans les flashs de rayons gamma terrestres ne sont pas bien compris. Ce qui pourrait être absent de la théorie actuelle, ce sont les considérations concernant le couplage du vide quantique, qui se produit lors de grands orages, ainsi que la dynamique des vortex pouvant entraîner des tornades et des ouragans. À partir de ces phénomènes, le spin dans les systèmes ionisés et plasmatiques pourrait se coupler avec les fluctuations du vide quantique [18, 19], stimulant ainsi les émissions de particules matière-antimatière conduisant à des sursauts de rayons gamma.
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Les anciennes théories ne résistent pas aux nouvelles données
Quelle est donc l’explication standard du rayonnement gamma provenant du Soleil ? L’explication actuelle comprend deux éléments : (1) les cascades de rayons cosmiques dans l’atmosphère solaire et (2) la diffusion Compton inversée des électrons des rayons cosmiques sur les photons solaires dans l’héliosphère, par laquelle l’énergie cinétique des électrons des rayons cosmiques est communiquée aux photons solaires, les transformant en rayons gamma de haute énergie [20]. Ce mécanisme à double composante est également supposé expliquer la distribution anisotrope de l’émission de rayons gamma ainsi que les effets de l’énergie cinétique des électrons cosmiques sur les photons solaires.
La prédiction du Soleil en tant que source de rayons gamma a été faite pour la première fois en 1991 par une équipe de physiciens de l’Université du Delaware, qui a modélisé comment l’afflux continu de rayons cosmiques galactiques à la surface du Soleil entraînerait une faible lueur de rayons gamma [21]. Cette proposition était intéressante car elle impliquait que les rayons cosmiques entrants soient inversés ou « réfléchis » par les forts champs magnétiques du Soleil. Lorsque les particules des rayons cosmiques, telles que les protons et les électrons relativistes, étaient occasionnellement renvoyées de l’entrée à la sortie, elles entraient en collision avec le plasma dans l’atmosphère solaire, provoquant une cascade de conversion de quanta à haute énergie qui finissait par produire du rayonnement gamma (figure 7).
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Les physiciens ont calculé que le processus de réflexion était efficace à environ 1 %, de sorte que le Soleil serait une faible source de rayons gamma. Leur prédiction était correcte : on sait depuis un certain temps que le Soleil est effectivement une source de rayons gamma, émettant en permanence des photons gamma entre 0,1 et 200 GeV [22], et dont l’émission atteint désormais la gamme des téraélectronvolts. Cependant, ce n’est pas ce que l’équipe avait prévu. Les émissions de rayons gamma de 0,1 à 10 GeV peuvent être expliquées dans cette explication standard par des électrons de rayons cosmiques subissant une diffusion Compton inversée sur des photons solaires, mais l’émission très brillante de rayonnements de plusieurs giga et téra-électronvolts n’est pas comprise ou mal décrite par le modèle supposé de rayons cosmiques (figure 7, image du bas).
Toutefois, cela n’est possible que si l’hypothèse est considérée comme plausible, ce qui n’est pas forcément le cas. Le processus de » miroir » semble présenter un défaut fondamental qui n’a pas été reconnu : l’énergie de masse extrêmement élevée des rayons cosmiques provient presque entièrement de leur énergie cinétique (leur quantité de mouvement). Si on les ralentit, comme on suppose que cela se produit dans les champs magnétiques du Soleil, leur principale source d’énergie de masse est diffusée et ils deviennent comme les autres protons et électrons de l’atmosphère plasmique extérieure du Soleil. C’est particulièrement vrai s’ils sont ralentis à un point tel qu’ils sont arrêtés et tournent sur eux-mêmes ! Il est très peu probable qu’il s’agisse de la cause première du spectre dur des rayons gamma du Soleil, et c’est d’ailleurs la raison pour laquelle un tel processus ne peut expliquer les caractéristiques observées du spectre d’émission des rayons gamma et de la distribution anisotrope, même si l’on tient compte de la fraction du rayonnement gamma de faible énergie qui peut être produite par le mélange des rayons cosmiques aux pôles, où les rayons cosmiques n’ont pas besoin d’être inversés..
Comme si la situation n’était pas assez mauvaise pour le modèle conventionnel du « miroir » des rayons cosmiques ne pouvant expliquer les rayons gamma anormaux, les récentes détections au TeV ont complètement remis en question cette explication. Les flux de rayons cosmiques isotropes à électrons et les rayons gamma directionnels qu’ils produisent par diffusion Compton inversée de photons solaires sont tous deux négligeables dans la gamme des TeV, et peuvent au mieux expliquer une faible « lueur de rayons gamma ». La composante hadronique sous-estime le flux de rayons gamma observé dans la gamme des GeV, laissant les flux TeV totalement inexpliqués par le mécanisme supposé. Il doit y avoir une autre source inexpliquée de rayons gamma de haute énergie en jeu.
Avec les observations de plus en plus nombreuses de phénomènes électromagnétiques à haute énergie qui laissent perplexe, une chose devient évidente : les champs magnétiques du Soleil sont plus puissants et dynamiques que ne le prévoit le modèle solaire standard et au-delà de ce que la plupart des astrophysiciens pensaient possible, et il existe des preuves raisonnables de l’existence d’une structure centrale au sein du Soleil qui entraîne une dynamique à plus haute énergie que ne le prévoit le modèle solaire standard. La question se pose donc de savoir pourquoi le modèle conventionnel n’a pas réussi à prédire les champs magnétiques et les rayonnements électromagnétiques de haute énergie observés, et quelle physique peut rendre compte de ce comportement « anormal » ?
Un nouveau modèle astrophysique est-il nécessaire ?
Selon le modèle solaire standard, le Soleil n’émet pas de rayonnement gamma à partir de processus internes ; par conséquent, les rayons gamma observés doivent provenir de sources externes. La source externe la plus probable qui pourrait fournir le type d’énergie ultra-haute nécessaire pour générer des émissions de photons gamma sont les rayons cosmiques. Cependant, au fur et à mesure que des données plus détaillées ont été compilées et que l’analyse a été affinée, il est désormais évident que le modèle des rayons cosmiques ne peut pas expliquer les caractéristiques observées du rayonnement anormal du Soleil dans la gamme des fréquences gamma du spectre électromagnétique.
Cela a conduit à des postulats d’explications alternatives qui correspondent mieux aux observations et aux données. L’une des propositions de Mehr Un Nisa, astrophysicienne des particules à l’université d’État du Michigan, et de ses collaborateurs dans la dernière étude sur le soleil TeV, est que le spectre d’énergie électromagnétique anormal peut être expliqué par d’insaisissables particules de matière noire (supposées) concentrées à l’intérieur du soleil. Dans une telle conception, à des concentrations élevées de particules de matière noire – bien supérieures à la distribution relativement diffuse dans l’espace libre – il y aurait une fréquence plus élevée d’interactions par ailleurs extrêmement rares, comme les annihilations de particule à particule, entraînant la production de rayons gamma à l’intérieur du Soleil à partir d’une source autre que la source conventionnelle de la fusion thermonucléaire. Cependant, un tel schéma d’annihilation de la matière noire à l’intérieur du Soleil se heurte au même problème que la fusion nucléaire (et les événements de fission des radionucléides naturels) en termes de propriétés de rayonnement des couches de plasma du Soleil : tous les rayons gamma produits par les annihilations de particules de matière noire seront absorbés et déclassés par conversion thermique lorsque l’énergie se diffuse à travers l’épaisse enveloppe de plasma du Soleil. En l’absence d’un modèle permettant d’expliquer comment les rayons gamma produits par des particules de matière noire inconnues traversent l’enveloppe de plasma du Soleil, il n’est pas évident de résoudre l’énigme de l’émission anormale de rayons gamma de haute énergie.
Compte tenu du problème de diffusion et du fait que la matière noire sous forme de particules invisibles devient une possibilité de plus en plus improbable, l’hypothèse de la matière noire semble indéfendable ou, au mieux, incomplète. Cela nous ramène à la proposition initiale, une théorie qui pourrait en surprendre plus d’un, mais qui trouve son origine dans une prédiction de Hawking (précédemment citée, référence numéro 14) et qui a été indépendamment proposée et élaborée par Haramein : il est possible que les émissions anormales de rayons gamma soient dues à un trou noir primordial (PMH) au cœur du Soleil. Malgré l’image (erronée) généralement présentée au public des trous noirs comme des monstres voraces et dévorants, il est possible d’avoir une évolution stellaire stable avec un trou noir central, ce qui a été qualifié d’étoile de Hawking.
Le Soleil – trou noir
« Les étoiles abritant un trou noir en leur centre peuvent vivre étonnamment longtemps. Notre Soleil pourrait même avoir en son centre un trou noir aussi massif que la planète Mercure sans que nous nous en rendions compte ». -Earl Patrick Bellinger, postdoc à l’AMP et aujourd’hui professeur adjoint à l’université de Yale. Que se passe-t-il si l’on place un trou noir dans le Soleil ? Institut Max Planck d’astrophysique.
L’idée que le cœur du Soleil est un trou noir peut sembler scandaleuse à ceux qui ne sont pas très versés en cosmologie et en astrophysique, peut-être parce que tout ce qui concerne les trous noirs semble farfelu, mais ce qui ressort des travaux d’Haramein et de l’équipe de recherche de l’International Space Federation (ISF), c’est que les trous noirs sont le noyau d’organisation de l’info-énergie-matière à toutes les échelles : ils mettent de l’ordre dans le chaos, et non l’inverse. Ainsi, malgré l’idée reçue, les trous noirs ne sont pas aussi extraordinaires que beaucoup le présument.
En effet, l’idée que le soleil abrite un trou noir a été avancée pour la première fois par l’éminent physicien Stephen Hawking, qui, lors d’une évaluation de la formation des trous noirs primordiaux (PBH), a calculé que nous devrions nous attendre à trouver un PBH dans le soleil à une masse d’environ 1016 kg (à peu près la masse d’une grosse comète ou d’un astéroïde), dont l’accrétion fournit une partie de la luminosité du soleil. En 1971, dans son étude exploratoire Gravitationally Collapsed Objects of Very Low Mass, Hawking a expliqué comment les trous noirs primordiaux de très faible masse, formés par accrétion directe à partir du plasma de Planck à haute densité énergétique de l’époque la plus ancienne de l’univers, se comporteraient comme des particules et formeraient même des atomes stables avec des électrons en orbite. Plus important encore, il a décrit comment une quantité importante de cette matière aurait pu s’accumuler à l’intérieur du Soleil. Bien que l’idée puisse sembler bizarre (parce que tout ce qui implique des trous noirs semble extraordinaire, même s’ils sont probablement beaucoup plus omniprésents qu’on ne le croit), même selon les modèles les plus simplistes, notre Soleil pourrait abriter un trou noir de masse relativement faible – de l’ordre de la masse de la planète Mercure – sans que nous nous en apercevions ; voir Figure 5.
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Étant donné que la plupart des prédictions émettent l’hypothèse d’une abondance de trous noirs primordiaux de faible masse (voir l’épisode de PBS Spacetime « Les trous noirs sont-ils partout ? »), la suggestion que de tels objets pourraient se trouver au cœur des étoiles est bien fondée dans la littérature physique et, après que l’examen initial très exploratoire de Hawking a permis de proposer des solutions pour rendre compte des propriétés d’émission anormales du Soleil à l’époque. Par exemple, dans l’étude de Clayton de 1975, il a été expliqué que les deux tiers de la luminosité du Soleil peuvent être fournis par l’accrétion sur un trou noir central, plutôt que par fusion, expliquant ainsi le déficit observé de neutrinos [précédemment cité, référence 8]. Cette idée a été abandonnée lorsque les analyses héliosismiques ont semblé écarter tout écart par rapport au modèle solaire standard en ce qui concerne la structure du noyau intérieur du Soleil et qu’une nouvelle proposition de « changement de saveur » des neutrinos est devenue populaire. Cependant, comme nous le verrons dans la section sur le problème de l’abondance solaire, les techniques d’analyse héliosismologique étaient très imprécises et la commutation de saveur des neutrinos a introduit des violations de la symétrie CP et de la force faible, et repose sur une multitude de paramètres ajustables qui permettent au modèle d’être réglé pour correspondre à n’importe quelle observation. Alors que le problème des neutrinos solaires – que nous examinerons plus en détail dans la section suivante – a été considéré comme résolu, d’autres anomalies de plus en plus nombreuses pointent à nouveau vers la possibilité d’un trou noir au cœur du Soleil.
Comme nous l’avons vu précédemment, les auteurs de l’étude décrivant la découverte d’émissions de rayons gamma de type TeV en provenance du soleil ont émis l’hypothèse que, à l’instar de la prédiction de Hawking, des particules de matière noire (dont les trous noirs primordiaux sont un candidat) pourraient s’accréter et s’agglomérer à l’intérieur du soleil (un processus qui pourrait lui-même hypothétiquement produire un trou noir central). Dans leur conception, l’accrétion permettrait à l’interaction rare de la matière noire de se produire à une fréquence plus élevée que la normale, et l’annihilation subséquente des particules de matière noire serait la source d’un rayonnement gamma de haute énergie, si les particules de « matière noire » étaient plutôt un trou noir primordial – il a été démontré que les trous noirs primordiaux ont une probabilité non négligeable d’être capturés par des étoiles comme le Soleil [23] – l’hydrodynamique gravitomagnétique à l’intérieur du Soleil pourrait expliquer l’émission de rayons gamma par la génération de champs magnétiques beaucoup plus intenses que ce que l’on pensait possible, qui pourraient transporter l’énergie du noyau vers la surface sous forme de tubes de flux magnétiques sans dissiper l’énergie dans les zones convectives (ce qui n’est pas totalement différent des tubes de flux magnétiques qui relient le Soleil et la Terre). En outre, la dynamique d’accrétion et d’émission de plasma à haute énergie aux pôles et dans les régions équatoriales, d’où semblent émaner les explosions de rayons gamma, est une distribution d’émission d’énergie très caractéristique d’objets massivement compacts tels que les trous noirs, qui peut expliquer la distribution anisotrope anormale observée du flux de rayons gamma provenant de la surface du Soleil.
Selon des chercheurs de l’Institut Max Planck d’astrophysique et de Yale (Bellinger et al.), auteurs de Solar Evolution Models with a Central Black Hole (modèles d’évolution solaire avec un trou noir central), les étoiles dites de Hawking peuvent être si stables qu’il peut être difficile de les distinguer de la variété plus conventionnelle des étoiles « sans trou noir ». Par exemple, une étoile dont le noyau est un trou noir entouré d’un plasma rotatif en accrétion aurait une pression radiative ainsi qu’une condition d’équilibre centrifuge et magnétique, qui se repoussent contre la matière en chute (le moment angulaire formant une structure stable en forme de tore, c’est-à-dire un tore d’accrétion [14]), ce qui confère à l’étoile une longue durée de vie tout en fournissant une luminosité de haute énergie et en générant des champs magnétiques qui peuvent pénétrer à la surface sous forme de structures magnétiques (taches solaires et vortex polaires), ce qui entraîne des accélérations de particules chargées dans les couches extérieures du soleil, nécessaires au rayonnement gamma synchrotron du téraélectron volt. De même, le flux magnétique à haute énergie provenant du trou noir central qui se propage à travers les couches extérieures, rayonnant depuis la surface et transférant l’énergie thermique à la couronne solaire, peut expliquer la température anormalement élevée et l’émission de rayons X de la couronne solaire du Soleil (la couronne solaire est plus chaude que la surface du Soleil, un million de kelvins contre environ 6 000 kelvins, respectivement).
Le problème des neutrinos solaires
Ce n’est pas la première fois que l’on découvre un profil de rayonnement anormal pour le Soleil. Pendant une quarantaine d’années, depuis sa première découverte en 1960 jusqu’en 2002 environ, le problème des neutrinos solaires a posé aux astrophysiciens un problème de divergence entre le flux mesuré de neutrinos électroniques provenant du Soleil et les prédictions du modèle solaire standard. Bien qu’il soit considéré comme un problème qui a été résolu par une explication différente, bien qu’en appliquant quelques modifications intéressantes à la mécanique quantique qui étaient en contradiction avec ce que la théorie stipulait initialement, il est intéressant de revoir la divergence à la lumière d’autres anomalies de montage et de voir comment un modèle stellaire avec un trou noir au centre peut fournir une meilleure adéquation aux données d’observation.
Lorsqu’il a été découvert pour la première fois, le flux de neutrinos électroniques solaires s’est avéré correspondre à environ un tiers de ce que la théorie prévoyait en se basant sur le taux de neutrinos électroniques générés lors de la transmutation de l’hydrogène en hélium par fusion thermonucléaire. Cela signifiait que quelque chose n’allait pas dans le modèle. Soit les neutrinos solaires étaient générés dans les proportions correspondant aux taux calculés, qui sont les flux empiriquement connus pour la fusion thermonucléaire, et étaient par la suite « manquants », soit les niveaux de fusion thermonucléaire étaient inférieurs à ce que l’on pensait dans le Soleil, de sorte que sa luminosité n’était pas entièrement générée par la transmutation de l’hydrogène. Selon Haramein, cette situation pourrait être expliquée par l’existence d’un trou noir nucléaire en voie d’accrétion.
Dans cette dernière hypothèse, un trou noir en accrétion génère un rayonnement de haute énergie, supérieur à celui produit par la fusion thermonucléaire, de sorte que la luminosité apparente du Soleil est prise en compte même si les niveaux de transmutation de l’hydrogène sont globalement plus faibles, ce qui compense le déficit en neutrinos électroniques du Soleil. Cependant, les premières données (rudimentaires) de l’héliosismologie semblaient écarter toute proposition de structure interne alternative du noyau du Soleil. L’héliosismologie est l’analyse de la propagation des ondes acoustiques à l’intérieur du soleil – qui, comme nous le verrons plus loin, a été mal interprétée et a donné lieu à un problème de composition solaire – dont les données permettent de faire des déductions sur les températures intérieures possibles du soleil. Il semblait donc que la première option, à savoir que les taux de fusion thermonucléaire n’étaient en fait pas différents de ce que la théorie postulait, et que quelque chose arrivait aux neutrinos électroniques après leur génération pour expliquer le flux plus faible que prévu. On a donc pensé que les neutrinos devaient être là… mais qu’ils n’étaient pas détectés par les méthodes disponibles à l’époque.
Le problème des neutrinos solaires a été considéré comme résolu par un amendement au modèle standard, ajoutant une masse aux neutrinos, ce qui a permis un « mélange » de saveurs entre les trois variétés de neutrinos : électron, muon et tau, même si la physique quantique et la relativité générale stipulent que les neutrinos doivent être dépourvus de masse. Le modèle standard des interactions électrofaibles ne permettait pas l’existence de neutrinos massifs ou leur « mélange », car les neutrinos sans masse voyageraient à la vitesse de la lumière et donc, selon la relativité, ne connaîtraient pas le temps, et une entité intemporelle ne peut pas changer ou « changer de saveur ». Néanmoins, il est devenu courant d’affirmer que les neutrinos ont une faible masse, ce qui permet de postuler un phénomène appelé oscillation des neutrinos. Selon cette théorie, les neutrinos électroniques « changent de saveur » en cours de route vers la Terre, et par conséquent, la « saveur » des neutrinos électroniques n’est pas détectée parce que tous les neutrinos électroniques ont oscillé vers des mélanges avec les saveurs muon et tau. Cette explication est considérée comme prouvée, et des prix Nobel ont même été décernés pour les travaux ayant abouti à la solution du « neutrino oscillant ».
Cependant, il est toujours intéressant de considérer une expérience de pensée : comment le problème des neutrinos solaires se présenterait-il si le Soleil était centré autour du noyau d’un trou noir, comme je l’ai proposé et comme l’ont fait d’autres physiciens aussi éminents que Hawking ? Des observations détaillées antérieures du spectre des neutrinos solaires ont révélé que si la baisse globale du flux de neutrinos nécessitait une réduction du taux de fusion thermonucléaire, les détails du spectre énergétique des neutrinos exigeaient une température plus élevée du noyau [25], ce qui, pris ensemble, nécessiterait une source d’énergie autre que la transmutation de l’hydrogène.
Un soleil avec un trou noir : un trou noir central en accrétion serait responsable d’une part significative de la luminosité (et de l’énergie) du soleil, précédemment attribuée aux réactions nucléaires conventionnelles. Par conséquent, la quantité totale de fusion thermonucléaire serait moindre, correspondant ainsi au flux réduit de neutrinos, tout en maintenant une température centrale plus élevée. En effet, le processus d’accrétion d’un trou noir central peut convertir entre 10 % et 40 % de la masse d’un objet en énergie, comparé à environ 0,7 % pour les réactions de fusion nucléaire. Cette énergie générée est suffisante pour produire des neutrinos muoniques et tau de plus haute énergie, expliquant ainsi leur détection. Le noyau d’un trou noir en accrétion, produisant une énergie ultra-élevée tout en présentant des niveaux de fusion thermonucléaire globalement réduits, serait accompagné de neutrinos électroniques à un niveau d’énergie plus élevé mais moins nombreux, comme observé. Ainsi, l’explication ne nécessite pas l’introduction d’un mécanisme ad hoc de « changement de saveur », souvent cité mais non associé à l’émission de neutrinos solaires selon certains experts (l’expérience sur les neutrinos récompensée en 2015, selon certains théoriciens, n’a pas confirmé ce que le prix sous-entendait ; voir « Solar neutrinos: Almost No-oscillations«). En effet, en raison de la densité électronique du Soleil, tous les neutrinos solaires sont considérés comme des neutrinos électroniques, éliminant ainsi le besoin d’« oscillations de saveur ». L’explication acceptée par la communauté scientifique pour l’écart par rapport aux prédictions est attribuée à un mécanisme entièrement différent de celui souvent mentionné dans les médias grand public.
Le problème de l’abondance solaire
« Si nous nous trompons sur le soleil, nous nous trompons sur tout », Sarbani Basu de l’université de Yale, propos consignés dans « Hiding in plain sight : The mystery of the Sun’s missing matter« , par NewScientist, 2017.
Le spectre d’émission du Soleil, des rayons gamma TeV aux neutrinos solaires, ne constitue pas ses seules anomalies remarquables. Il y a également le problème de la « matière manquante » ou de la faible abondance des éléments lourds, appelé le problème de l’abondance solaire [26, 27], qui révèle que les astronomes ne savent toujours pas exactement de quoi le Soleil est composé. Comme nous l’avons rapporté en 2017 dans l’article intitulé « Matière manquante à l’intérieur du Soleil », une modélisation actualisée des données héliosismiques à l’aide de simulations radiatives-hydrodynamiques 3D, combinée à une analyse spectrophotométrique de l’intensité du centre du disque solaire, a révélé que le modèle précédent avait gravement sous-estimé les abondances des éléments lourds dans le Soleil [28].
Le modèle solaire standard, basé sur l’analyse des émissions sonores et lumineuses du Soleil, avait établi que celui-ci était principalement composé d’hydrogène et d’hélium, avec environ 1,4 % de sa masse constituée d’éléments plus lourds tels que le carbone, l’oxygène, l’azote, le magnésium, le fer, et, comme sur Terre, d’oligo-éléments, y compris des radionucléides comme l’uranium (on pense que le Soleil est une étoile de population I, et qu’il est donc enrichi en métaux provenant de supernovae antérieures). Cependant, dans un article de 2009 dirigé par l’astronome Martin Asplund, une analyse actualisée des données a révélé que les abondances de carbone, d’azote, d’oxygène et de néon étaient nettement inférieures à ce que l’on pensait, ce qui a conduit à un « conflit flagrant avec les modèles standard de l’intérieur du soleil selon l’héliosismologie, une divergence qui n’a pas encore trouvé de solution satisfaisante » [29].
…Les calculs actualisés d’Asplund suggéraient une composition chimique très différente pour le Soleil – en fait, les éléments lourds désormais absents représentent plusieurs milliards de mégatonnes de matière manquante (l’équivalent d’environ 1 500 Terres).
La solution à cette apparente énigme consiste à supposer qu’il existe au centre du Soleil une certaine forme de matière – environ 1027 kilogrammes – qui ne se comporte pas comme les états ordinaires de la matière.
William Brown, 2017, Missing Matter in the Sun’s Interior.
La révélation de la faible métallicité du Soleil signifie que la quantité de masse précédemment considérée comme constituée d’éléments plus lourds s’est avérée être autre chose que de l’oxygène, de l’azote, du carbone et d’autres éléments à plusieurs nucléons (appelés « métaux » par les astronomes).
Alors que l’on estime que ces éléments lourds ne représentent qu’environ 1,4 % de la masse du Soleil, cela équivaut à plusieurs milliards de mégatonnes. Ainsi, avec un modèle à plus haute résolution, l’équivalent d’environ 1500 Terres en masse, considéré par le modèle solaire standard comme étant représenté par les éléments lourds, nécessitait une explication supplémentaire. Tout comme au début du problème des neutrinos solaires et de l’anomalie actuelle du flux de rayons gamma, les astrophysiciens explorent l’idée qu’une source supplémentaire de masse et d’énergie au cœur du Soleil pourrait expliquer ces anomalies croissantes. Comme pour les autres anomalies solaires, les chercheurs ont envisagé la possibilité qu’une quantité importante de matière noire puisse se trouver au cœur du Soleil [30]. Cependant, en remplaçant l’hypothèse de particules de matière noire, telles que les particules massives à faible interaction (WIMP), par celle de trous noirs primordiaux, nous obtenons un modèle cohérent avec la formation précoce de PBH, signalée par Hawking comme une possibilité réelle, et que j’ai développée dans mon modèle de physique unifiée de la formation et de l’évolution des étoiles pour expliquer de manière plus cohérente et satisfaisante les propriétés du Soleil. Si le Soleil était une « étoile de Hawking » ou un trou noir, cela pourrait résoudre le problème de l’abondance solaire en ajustant le profil de la vitesse du son à l’intérieur (résolvant ainsi un autre problème de convection solaire anormalement faible), l’opacité et les contributions relatives en pourcentage de la masse des éléments primaires. Un trou noir intrinsèque pourrait combler le « trou au centre du Soleil », pour ainsi dire, laissé par le problème de l’abondance solaire.
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Dans une étude réalisée en 2021, Asplund et son équipe de recherche ont constaté que le « problème de la modélisation solaire » – une divergence persistante entre l’héliosismologie et les modèles de l’intérieur du Soleil construits avec une faible métallicité solaire – demeurait même après une réévaluation des abondances solaires des 83 éléments à longue durée de vie. Cette réévaluation a été réalisée en utilisant une modélisation solaire très réaliste et des techniques d’analyse spectroscopique de pointe associées aux meilleures données et observations atomiques disponibles [31]. Ainsi, depuis 2009, cette divergence n’a pas été résolue.
Connaître la composition du Soleil est important pour des raisons qui ne se limitent pas à la simple satisfaction de comprendre l’étoile la plus proche de nous. En effet, le Soleil est un étalon fondamental en astronomie, à partir duquel toutes les autres étoiles, voire tous les autres objets célestes, sont évalués, et à partir duquel les modèles sont extrapolés. Les travaux d’Asplund impliquent que les autres étoiles et, en fait, l’ensemble du cosmos, contiennent une quantité d’éléments lourds beaucoup plus faible que ce que l’on pensait jusqu’à présent. Nous constatons que les données héliosismologiques et spectrophotométriques sont limitées dans ce qu’elles peuvent révéler si le modèle selon lequel les données sont évaluées est défectueux, ce qui était certainement le cas lors de l’évaluation de la composition chimique du Soleil selon le modèle solaire standard.
Il n’est donc pas déraisonnable de se demander si, à l’instar de notre manque de compréhension de la composition élémentaire du Soleil, nous ne disposons pas d’une image claire de sa structure interne. Il est tout à fait possible qu’il abrite un trou noir en son cœur, et en étudiant cette possibilité, nous pourrions résoudre un grand nombre de ces questions actuellement en suspens et inexpliquées, qui pourraient alors être extrapolées pour élucider d’autres questions en astronomie et en cosmologie, telles que les courbes de rotation anormales des galaxies et les inhomogénéités primordiales ayant conduit à l’agrégation précoce de la matière (ce qui dissiperait l’exigence de matière noire).
Quelque chose de nouveau sous le soleil
La clé de la résolution de bon nombre de ces questions et des profils anormaux du Soleil pourrait résider dans les effets qu’un trou noir central peut avoir sur les zones radiatives et conductrices environnantes de l’intérieur du Soleil. La magnétohydrodynamique gravitationnelle et les effets des champs magnétiques intenses peuvent modifier la façon dont le son et l’énergie sont conduits à l’intérieur du Soleil, expliquant peut-être pourquoi le modèle solaire standard donne des prédictions incorrectes pour la composition chimique, la température et la luminosité du Soleil. Par exemple, les modèles gravitationnels quantiques des trous noirs (qui sont nécessaires pour comprendre pleinement la dynamique des trous noirs qui fusionnent la théorie quantique des champs et la gravité forte), montrent que les trous noirs peuvent « avoir des cheveux » dans lesquels les structures tourbillonnaires de surface piègent le flux magnétique, ce qui donne des structures localisées qui rappellent fortement les taches solaires (figure 10).
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Peut-être qu’avec le développement d’une compréhension gravitationnelle entièrement quantique des trous noirs, comme dans notre publication L’origine de la masse et la nature de la gravité [voir la référence 3 citée précédemment], nous pourrons appliquer ces connaissances à un noyau de trou noir dans le Soleil et être en mesure d’expliquer les taches solaires, les éruptions solaires, les éjections de masse coronale, les proéminences polaires et les vortex, les émissions de rayons gamma à haute énergie et comment la couronne solaire peut être plus chaude que la surface, parmi d’autres possibilités. En effet, en appliquant la mécanique élucidée dans notre article, nous pouvons voir que la structure organisationnelle du vide quantique autour des trous noirs est telle que des horizons d’écrantage peuvent être formés. Cela signifie que les limites traditionnelles imposées à un « trou noir primordial » qui, par exemple, doit être de faible masse (comme celle d’un astéroïde) peuvent être obsolètes, et qu’il pourrait y avoir des trous noirs massifs et de taille significative au cœur des étoiles, mais dont la masse totale est partiellement occultée, comme c’est le cas avec le mini-trou noir au cœur du proton.
Il s’avère que ce que l’on croyait être l’étoile la mieux comprise, notre Soleil, est loin d’être compris. Des études telles que Solar Evolution Models with a Central Black Hole (modèles d’évolution solaire avec un trou noir central) [voir la citation précédente, référence 9] montrent que le Soleil et d’autres étoiles pourraient être des étoiles de Hawking abritant en leur cœur des trous noirs primordiaux qui contribuent aux luminosités observées et à d’autres caractéristiques essentielles [De minuscules trous noirs se cachent-ils dans des étoiles géantes ?] Nous constatons l’émergence de l’éminence des trous noirs primordiaux dans l’organisation de la matière à toutes les échelles, à la fois temporelles et spatiales.
Au début de l’univers, les trous noirs primordiaux se sont formés à différentes masses (et donc à différentes tailles) [32, 33]. Depuis les trous noirs à particules décrits par Hawking et Zeldovich jusqu’aux trous noirs supermassifs, ces derniers étant aujourd’hui directement observés par le télescope spatial James Webb [34]. On observe directement que les trous noirs se forment d’abord, avant les étoiles ou les galaxies, et qu’ils servent ensuite de centre de nucléation, où l’on sait que, dans le cas des trous noirs supermassifs, ils régulent fortement la croissance et le développement des systèmes qui se forment autour d’eux (figure 11) [35].
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Comme le soulignent Bernard Carr et al. dans leur article Observational Evidence for Primordial Black Holes : A Positivist Perspective : « Les PBH au cœur des étoiles ordinaires (ainsi que des étoiles à neutrons) pourraient avoir des conséquences observables, comme l’a d’abord suggéré Hawking. » Une fois de plus, les preuves observationnelles de la présence de PBH au cœur des étoiles s’accumulent et une telle situation pourrait avoir des « conséquences observables », peut-être comme un flux de rayonnement gamma intense provenant d’étoiles typiques de type G comme le Soleil. Un trou noir au cœur de l’étoile offrirait alors une explication plus cohérente que le modèle orthodoxe impliquant les rayons cosmiques. Nous avons vu que la distribution anisotrope et l’anticorrélation de l’intensité de l’émission de rayons gamma avec le cycle solaire ne sont pas bien décrites par le modèle du flux de rayons cosmiques.
Comme nous l’avons exploré dans cette discussion, les étoiles se formant autour d’un trou noir central, et le Soleil lui-même étant un trou noir, peuvent offrir une meilleure explication pour plusieurs des propriétés observées du Soleil qui semblent en désaccord avec le modèle solaire standard. Les objets massivement compacts tels que les trous noirs – et les étoiles à neutrons, qui abritent également des trous noirs en leur cœur [36,37] – génèrent des champs magnétiques extrêmement puissants. La dynamique d’accrétion autour du trou noir central du Soleil génère de forts effets de champ magnétique autour de la région équatoriale et des pôles, exactement là où l’émission non uniforme de rayons gamma est observée, ce qui explique la distribution anisotrope des rayons gamma. Les champs magnétiques extrêmement puissants du trou noir central peuvent être suffisants pour s’étendre à travers l’enveloppe de plasma, comme des tubes de flux magnétiques pénétrants, générant des effets de champ magnétique secondaire dans les zones convectives et se manifestant par des taches solaires le long des régions équatoriales et des protubérances polaires et des vortex aux pôles. Par exemple, la circulation autour d’un noyau de trou noir en rotation pourrait théoriquement avoir une dynamique gravitomagnétique qui induit un transfert d’énergie du noyau vers les couches extérieures, similaire à la transduction d’énergie d’une bobine primaire vers une bobine secondaire. Au fur et à mesure que les observations se multiplient, la résolution du problème du spectre d’émission solaire deviendra évidente et certains modèles pourront être invalidés.
Nous constatons que le modèle des rayons cosmiques, qui fait de plus en plus défaut, n’est pas étayé par les données ou par l’analyse théorique. Comme formulé dans la prédiction originale du flux de rayons gamma provenant du Soleil dans Signatures of Cosmic-Ray Interactions on the Solar Surface [voir la référence 21 citée précédemment], le principe même de rayons cosmiques occasionnellement ralentis, arrêtés, retournés ou « reflétés » de l’entrant vers le sortant, puis entrant en collision avec les particules de l’atmosphère extérieure du Soleil avec suffisamment d’énergie pour générer des rayons gamma, est un postulat qui n’est pas compatible avec les lois de la physique connues. En raison de la conservation de la quantité de mouvement, pour que les rayons cosmiques galactiques ou extragalactiques soient à l’origine des rayons gamma observés, il faut qu’ils soient retournés de l’entrant vers le sortant. Dans le cas contraire, la conservation de la quantité de mouvement exigerait que les photons gamma générés lors des collisions entre protons dans l’atmosphère du Soleil poursuivent la trajectoire des rayons cosmiques entrants et rayonnent donc à l’intérieur du Soleil, et non à l’extérieur. Ce processus d’inversion ne peut donc pas fonctionner, car il nécessiterait la dissipation de toute l’énergie cinétique de la particule de rayon cosmique avant qu’elle n’interagisse avec les protons solaires.
Newton nous a appris que la force des rayons cosmiques est le résultat de leur masse (qui est faible) et de leur élan, qui est extrêmement important. Si l’on supprime la quantité de mouvement, en ralentissant les hadrons cosmiques dans la magnétosphère du Soleil, il n’y a plus de force suffisante pour générer des rayons gamma. Même d’un point de vue relativiste, l’énergie de masse cinétique extrêmement importante des particules galactiques ou extragalactiques – les vitesses proches de la lumière étant la source de leurs valeurs d’énergie de masse extrêmement élevées – serait complètement dissipée dans le processus de « miroir » et les particules cosmiques sortantes ne seraient pas énergétiquement différentes des particules natives de l’atmosphère plasmique extérieure du Soleil, c’est-à-dire qu’elles n’auraient pas l’énergie nécessaire pour produire des rayonnements de fréquence gamma. Outre la dissipation d’énergie qui se produit avec le processus supposé de réflexion, pour rendre compte du rayonnement de photons gamma de plusieurs GeV (sans parler des rayons gamma TeV plus récents), le processus de réflexion devrait être efficace à 100 %, de sorte que chaque rayon cosmique ayant une trajectoire entrante devrait être arrêté et retourné par le champ magnétique du Soleil. On ne sait pas comment cela pourrait se produire avec une efficacité de 100 %, et une telle situation est très improbable.
De même, des astrophysiciens apparemment désireux de valider la matière du λCDM, en transformant le soleil en un laboratoire pour l’étude du zoo de particules du modèle standard, ont postulé l’agglomération d’une matière noire présumée dans le noyau du soleil. Avant même de considérer qu’il n’existe aucune preuve de l’existence de particules de matière noire (en effet, les preuves s’accumulent que ces particules invisibles n’existent pas), ce postulat manque de pouvoir explicatif car il n’existe actuellement aucune explication sur la manière dont les rayons gamma issus de l’annihilation de la matière noire traversent l’enveloppe plasmique du Soleil pour rayonner à partir de la surface. Peut-être devrions-nous plutôt remplacer l’idée d’un noyau de matière noire à l’intérieur du Soleil par celle d’un noyau de trou noir primordial. Plusieurs modèles ont étudié la capture des trous noirs par les étoiles et les effets de la présence d’un trou noir dans leur cœur. De ce seul fait, il est probable, même dans le cadre des modèles astrophysiques conventionnels, que les étoiles de Hawking existent, car parmi toutes les étoiles et tous les trous noirs présents dans les milliers de milliards de galaxies, certains interagissent inévitablement et fusionnent de telle sorte que le trou noir se retrouve à l’intérieur de l’étoile, et non l’inverse.
Plus important encore, l’examen des preuves, telles que UHZ1 et d’autres galaxies à grand décalage vers le rouge observées par le JWST se formant peu après le Big Bang [38], révèle la présence de trous noirs au cœur des systèmes de matière organisée de l’univers, dès leur apparition. Ainsi, les recherches sur les trous noirs primordiaux menées par Hawking et Carr ont été confirmées, et il apparaît maintenant que les trous noirs se forment en premier. Il n’est donc pas absurde de supposer que les trous noirs peuvent servir de centre de nucléation de la matière organisée à toutes les échelles, comme le décrivent nos modèles. Tout comme les galaxies se forment autour de trous noirs supermassifs, qui régulent ensuite la croissance et le développement des galaxies, de sorte que, dans un certain sens, les galaxies sont des trous noirs supermassifs, les trous noirs de masse inférieure génèrent du plasma autour d’eux et/ou pénètrent dans des nébuleuses en déclenchant la condensation du gaz interstellaire, servant de noyau à partir duquel les étoiles se forment, croissent et se développent, de sorte que les étoiles sont des trous noirs.
Nous voyons notre modèle cosmologique évoluer pour rendre compte d’une présence précoce et omniprésente de trous noirs intrinsèques à travers un spectre de masse dans lequel les trous noirs sont essentiels pour la première formation de systèmes discrets de matière organisée et la croissance et le développement ultérieurs de galaxies et d’étoiles. Une partie de l’histoire du développement de ces systèmes organisés de matière est le développement de systèmes solaires, de sorte qu’à l’époque actuelle, presque toutes les étoiles observées ont des planètes en orbite, ce qui signifie qu’il y a environ 100 milliards de planètes dans notre galaxie à elle seule [39]. Si l’on considère que les étoiles sont des trous noirs, ou même si l’on admet de manière plus conservatrice que des trous noirs primordiaux se trouvent au cœur de la plupart des étoiles et à proximité de la plupart des systèmes exoplanétaires, alors nous constatons que les trous noirs sont présents pour l’émergence et le développement de la vie, peut-être même qu’ils favorisent l’abiogenèse et l’évolution de la vie grâce au spectre de rayonnement à haute énergie qui peut entraîner l’ionisation moléculaire, les réactions prébiotiques qui conduisent à la synthèse des éléments constitutifs biomoléculaires, la mutagenèse de l’ARN/ADN (moteur de la variabilité évolutive) et la photosynthèse [40], de sorte que le rayonnement des trous noirs pourrait créer la vie. En effet, des études ont montré que des planètes peuvent se former directement autour des trous noirs (appelés blanets, figure 12) [41], et si l’on considère les trous noirs supermassifs, également connus sous le nom de noyaux actifs de galaxie, comme Sagittarius A, des études ont calculé des zones hospitalières suffisamment grandes pour accueillir des milliers de planètes semblables à la Terre (1 million de planètes habitables pourraient (théoriquement) orbiter autour d’un trou noir). Dans l’étude dirigée par Avi Loeb, astronome à Harvard, intitulée « Panspermie galactique », il est démontré quantitativement que les corps célestes proximaux porteurs de vie pourraient être accélérés et dispersés dans la galaxie par Sagittarius A, faisant du centre galactique « un moteur de panspermie » qui ensemencerait toute la galaxie [42].
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Une fois de plus, les études révèlent que les trous noirs sont très différents de ce que l’on imagine généralement : ils contribuent à la formation et à la croissance de systèmes de matière organisée à grande échelle et peuvent être bénéfiques, voire essentiels, à l’émergence et au développement de la vie. Un trou noir au cœur du Soleil est donc en accord avec les observables de notre système solaire, même la biosphère hautement hospitalière de la Terre, peut-être favorisée par le profil de rayonnement d’un Soleil trou noir ? De plus, dans mon article The Origin of Mass and the Nature of Gravity (L’origine de la masse et la nature de la gravité), nous voyons que – contrairement à l’approche classique, où l’on s’attendrait à ce que la formation d’un trou noir soit le résultat d’une accrétion de matière entrante jusqu’à une limite critique – j’ai démontré que la formation d’un trou noir est le résultat d’un comportement naturel de l’espace-temps émergeant d’un état de cohérence des oscillateurs collectifs de fluctuation quantique du vide dans une région de l’espace, à différentes échelles, et que le couplage des oscillateurs produit des comportements collectifs ou un vortex quantique dans un flux turbulent du manifeste spatio-temporel dans une région de l’espace générant ce que nous observons comme un trou noir [43], et la preuve de ce processus pourrait être les observations croissantes de trous noirs primordiaux – également appelés trous noirs « à effondrement direct », comme UHZ1 – présents aux premières époques observables de l’univers. Ces trous noirs intrinsèques pourraient donc être abondants et omniprésents, représentant une part importante de la matière noire et ayant une distribution suffisante pour former des étoiles.
De nombreux éléments de preuve et de récentes découvertes montrent que le modèle d’un soleil à trou noir mérite d’être examiné et évalué avec soin. Les mesures récentes du rayonnement gamma des billions d’électrons et les études indépendantes telles que les modèles d’évolution solaire avec un trou noir central mettent de plus en plus en évidence la véracité de mon modèle d’évolution stellaire dans lequel les étoiles sont des trous noirs, de sorte que la luminosité inhabituelle du Soleil (émettant continuellement dans le spectre des rayons X et des rayons gamma durs), la structure du champ magnétique, le chauffage de la couronne solaire et le flux de neutrinos sont décrits par le noyau d’un trou noir.
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