Karl Schwarzschild (1873-1916)

Karl Schwarzschild (1873-1916) est né à Francfort sur le Main en Allemagne. Il est l’ainé d’une famille juive de six enfants (cinq garçons et une fille). Son père, qui appartient à la communauté des hommes d’affaire de la ville lui transmet le goût de l’effort, alors que sa mère lui communique sa joie de vivre. Karl montre très jeune une grande curiosité pour les étoiles. Il est inscrit jusqu’à l’âge de onze ans à l’école primaire juive de Francfort, puis il entre au « Goethe Gymnasium » pour ses études secondaires où la musique est inscrite au programme. À cette époque, Karl économise son argent de poche pour se fabriquer un petit télescope. Son père désirant l’encourager le présente alors à un de ses amis, J. Epstein, professeur de mathématiques à la Philanthropin Academy, qui possède un observatoire astronomique privé. Karl devient ami avec Paul Eipstein, fils du professeur et de deux ans son ainé, qui l’initie à l’utilisation des instruments d’observation tout en lui apprenant les mathématiques de manière bien plus approfondie qu’au lycée, le tout sous le regard bienveillant du professeur. L’amitié et les échanges entre les deux jeunes amis seront probablement déterminants pour Karl qui décide d’étudier sérieusement la mécanique céleste. Ainsi, à l’âge de seize ans, il écrit un article sur les orbites des étoiles doubles qui est publié dans Astronomische Nachrichten, un des premiers magazines d’astronomie, fondée en 1821 par l'astronome allemand Heinrich Christian Schumacher. En 1891, Karl entre pour deux années à l’université de Strasbourg où il approfondit ses connaissances et sa pratique de l’astronomie expérimentale, puis, il rente à Munich et obtient, trois années plus tard, son doctorat. Son mémoire s’appuyait sur les théories de Henri Poincaré. A cette époque, il met au point un interféromètre à fentes multiples qui lui permet de mieux résoudre les étoiles doubles au télescope.

Son doctorat en main, Karl devient assistant à l‘observatoire Kuffner d’Ottakring, à proximité de Vienne. Il consacre une part importante de son temps à la mise au point de techniques photométriques. Il améliore les plaques photographiques et fait figure de pionnier dans la généralisation de leur usage, alors que la brillance des étoiles était encore évaluée à l’œil. En 1900, à l’occasion d'un congrès, Schwarzschild émet la possibilité que l’univers possède une géométrie non euclidienne. Il le décrit avec un rayon de courbure dont il établit la valeur minimum à 2.500 al. De 1901 à 1909, il enseigne à l’université de Göttingen. À la même époque, il s'intéresse à l’orientation de la queue des comètes, toujours opposée au Soleil. Exploitant le principe de pression de radiation, il montre que le diamètre des particules composant la queue de la comète doit être compris entre 0,07 et 1,5 microns. Il s'intéresse aussi au transfert d'énergie près de la surface du Soleil, à l'électrodynamique et à l'optique géométrique. Il obtient un poste à l’observatoire de Postdam mais, en 1914, la guerre éclate et il doit partir sur le front de l’Est, en tant qu’artilleur dans l’armée allemande.

En 1915, il est au front lorsqu’il prend connaissance de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Aussitôt, il se met au travail pour trouver quelle peut être l’incidence de cette théorie sur la gravitations des étoiles. Il prend comme hypothèse initiale le cas des étoiles sphériques qui ne tournent pas sur elles mêmes. En quelque jours, il parvient à définir les lois d'interaction entre les champs magnétiques et la lumière. Il en déduit la courbure de l’espace temps dans la proximité des étoiles. Il fait parvenir ses résultats à Einstein qui en donne lecture à l’Académie des sciences de Prusse, en janvier 1816. A peine quelques semaines plus tard, il lui envoie un nouveau manuscrit dans lequel il calcule cette fois la courbure de l’espace-temps à l'intérieur d'une étoile.

Ses calculs définissant la géométrie de l'espace autour d'une masse ponctuelle, permettent d’établir le « rayon de Schwarzschild » (Rs) servant à définir les frontières, au-delà desquelles, ni la lumière, ni la matière ne peut échapper à la force gravitationnelle du trou noir. Schwarzschild contracte une maladie et meurt en juin 1916 à l’âge de quarante-trois ans, privant la communauté scientifique d’un de ses plus brillants esprits qui fut également un des premiers à avoir introduit les méthodes statistiques en astronomie.