Comment un trou noir peut-il avoir une densité infinie ? Cela ne signifie-t-il pas qu’il contient également une masse infinie et une matière infinie ?

Article initialement publié sur Quora

La densité d’un trou noir vu de l’extérieur est celle de son horizon des événements et n’est jamais infinie, elle peut même être étonnamment faible[1] .

M87* a une masse de l’ordre de 6,5 × 10^{9 masses solaires , soit 1.3× 10}40 kg et un rayon de 19 milliards de kilomètres, soit un volume de 2.9× 10^{40 m}3 : sa densité est donc de 0.45, inférieure à celle de l’eau !

La densité éventuelle de ce qu’il y a à l’intérieur du trou noir:

1. est totalement inconnue (voir le dernier paragraphe)
2. on ne sait même pas si la question a un sens. Selon Principe holographique qui me semble avoir des bases fort intéressantes[2] , la question n’a pas de sens.
3. on s’en fiche. Rien de ce qu’il pourrait éventuellement avoir à l’intérieur de l’horizon ne peut nous influencer en quoi que ce soit, et il n’existe aucun moyen de vérifier quelque théorie que ce soit.

Cela dit, mathématiquement une densité infinie n’a pas besoin d’une “matière infinie” : il suffirait que toute la masse soit concentrée en un seul point. Mais on a aucune idée d’un tel état de la matière, ni même si la notion de “masse” a encore un sens dans ce contexte.

Pour rappel , les protons et les neutrons qui composent 99.999% de la masse d’une étoile sont chacun composés de 3 quarks qui n’ont qu’1% de la masse des protons et neutrons, le reste étant formé de l’énergie de liaison des Gluons qui les lient, et qui ont une masse au repos nulle. Aucune théorie à ma connaissance ne dit comment la masse se conserve lors de l’effondrement en trou noir (à part le principe holographique).

Notes de bas de page

[1] La densité des trous noirs - Pourquoi Comment Combien

[2] Selon Newton, l’univers serait digital - Pourquoi Comment Combien