ESPACE

Trous noirs et trous blancs… des trous bien troublants

Vous avez dit « trous noirs » ?

 

 

Notre galaxie pourrait être infestée de trous noirs dont certains possèdent une taille supérieure à un milliard de fois celle de notre soleil.
Que se passerait il si un trou noir se manifestait aux portes de notre système solaire?
C’est ce que les scientifiques tentent de déterminer grâce à de nouvelles technologies.
Ils ont ainsi pu observer des phénomènes qui défient l’entendement, avec des puissances comparables à des milliards de milliards de milliards de bombes atomiques.
C’est Albert Einstein qui, en élaborant sa théorie de l’espace temps, a démontré l’existence des trous noirs, bien qu’il n’ai jamais accepté de reconnaître l’existence réelle d’un tel ogre dans l’univers.

 


Les astronomes ont observé que les étoiles au centre de notre galaxie restaient masquées par un nuage de poussière.
En théorie, le nombre d’étoile augmente à mesure que l’on s’approche de son centre mais les télescopes n’arrivaient pas à percer le coeur de notre galaxie.
La première observation d’un trou noir fut réalisée par Eric Becklin qui parvint à identifier un trou noir au centre de notre Voie Lactée.
Un trou noir est la résultante de la mort d’une étoile particulière qu’on nomme « super géante rouge » et qui va s’effondrer sur elle-même.
Le champ gravitationnel d’un trou noir est si énorme qu’il piège les photons qui n’arrivent plus à lui échapper. Happant l’espace temps comme un boulimique, le trou noir dévore la matière qui, une fois passé l’horizon du trou noir atteint un point de non retour. A l’intérieur d’un trou noir, la gravité est infinie et elle mêle l’espace et le temps dans une sorte de piège gravitationnel.
Qu’y a t’il à la sortie d’un trou noir ? Peux t’on voyager dans l’espace temps via des trous noirs en empruntant des trous de vers, comme l’a prédit Einstein dans sa théorie de la gravité extrême ?

 

Vous avez dit « trous blancs » ?

 

 

 

 

Un trou blanc, aussi appelé fontaine blanche, est un objet théorique susceptible d’exister au sens où il peut être décrit par les lois de la relativité générale, mais dont l’existence dans l’Univers est considérée comme hautement spéculative.
Il est décrit par certaines solutions mathématiques de type trou noir dans lequel des géodésiques sont issues d’une singularité gravitationnelle ou d’un horizon. Ils forment ainsi le symétrique par rapport au temps d’un trou noir, puisque dans un cas rien ne peut s’échapper d’un trou noir, et dans l’autre rien ne peut pénétrer dans une fontaine blanche. Techniquement, cela s’exprime par le fait que la singularité gravitationnelle qui existe au sein de ces objets est dans le futur de l’horizon qui l’enveloppe, le trou noir, ou dans son passé, le trou blanc.

Le concept d’un trou de ver consiste à créer un tunnel entre la singularité du trou noir et celle du trou blanc. Un trou blanc ou fontaine blanche, est la symétrie d’un trou noir. Au lieu d’aspirer toute matière, le trou blanc l’expulse. Il crée une courbure de l’espace-temps et se trouve à un point différent de l’Univers de notre trou noir.
À noter que le trou de ver est un concept purement théorique, car l’existence ou la formation physique d’un tel objet dans l’Univers est, à l’instar des trous blancs, considérée comme trop théorique.
Totalement différent d’une singularité, un trou de ver est nu, il demeure visible aux yeux de tous et plus extraordinaire encore, il permet de voyager dans le temps en fonction du sens que l’on prend. Ce qui explique son attrait, tout théorique cependant, car il faudra encore longtemps aux physiciens pour passer au stade expérimental, et tel que l’utilise la science-fiction.

 

Les trous noirs vont-ils exploser en « trous blancs » ?

Journal de la science

Par Nicolas Revoy

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Crédits : A. Corichi/J.P. Ruiz

Et si un trou noir n’était qu’une phase transitoire menant à une gigantesque explosion, au cours de laquelle le trou noir libèrerait dans le cosmos la matière qui était tombée en son sein ? C’est l’hypothèse audacieuse, mais aussi extrêmement séduisante, proposé par deux physiciens.
Imaginez. Quelque part dans le cosmos, une étoile massive s’effondre sous l’effet de sa propre gravité pour créer un trou noir, un objet incroyablement dense émettant un champ gravitationnel si puissant que rien ne peut s’en échapper, même pas la lumière. Jusqu’ici, rien de bien surprenant : c’est le scénario tout à fait classique de formation d’un trou noir.

Mais ce n’est pas tout. Car une fraction de seconde à peine après la création du trou noir, voilà qu’une colossale explosion survient. Cette explosion libère une faramineuse énergie, matérialisée par l’émission d’un gigantesque flash lumineux. Le trou noir a explosé, se transformant en quelque sorte en « trou blanc ». Un destin qui, loin d’être exceptionnel, serait en réalité celui de tous les trous noirs de l’Univers…

Pour troublant qu’il soit, ce scénario est bel et bien celui proposé par Carlo Rovelli et Hal Haggard, deux physiciens de l’Université de Aix-Marseille (France), dans le cadre d’un modèle publié en janvier et juillet 2014 sur le serveur de prépublication ArXiv (accéder aux articles « Planck stars » et « Black hole fireworks: quantum-gravity effects outside the horizon spark black to white hole tunneling »).

Que dit ce modèle ? Que les trous noirs ne sont en réalité qu’une phase très courte et transitoire, s’intercalant entre l’effondrement d’une étoile massive sur elle-même et son explosion. La « phase de trou noir » ne durerait donc qu’une fraction de seconde pour l’étoile qui vient de s’effondrer (parce que sa gravité dilate le temps – en effet, rappelons qu’elle est à ce moment-là extrêmement dense), mais cet événement serait perçu comme quelque chose d’extrêmement long vu de l’extérieur (vu de la Terre par exemple), c’est-à-dire depuis un endroit situé suffisamment loin pour échapper à la gravité de l’étoile.

Comment ces deux physiciens sont-ils parvenus à forger un tel modèle ? Tout d’abord, ils se sont appuyés sur ce constat : la Relativité Générale ne sait pas décrire dans sa totalité le phénomène des trous noirs. En effet, si l’on s’appuie sur la Relativité Générale, l’étoile massive lorsqu’elle s’effondre est censée se contracter pour devenir ce que les physiciens appellent une singularité : une région où la matière est infiniment dense et où l’espace est infiniment courbé. Soit une configuration où les lois de la physique ne peuvent plus être appliquées.

Les deux chercheurs ont donc eu recours à la théorie de la gravitation quantique à boucles, une tentative de conciliation théorique entre la relativité générale et la mécanique quantique. En produisant des calculs découlant de cette théorie, ils ont constaté que l’effondrement de la matière au sein du trou noir n’était pas infini : il cesse à un moment donné, pour déboucher très vite sur un phénomène opposé : une explosion. Un peu comme si la matière « rebondissait », connaissant une phase d’expansion très rapide après sa contraction très intense sous forme de trou noir. Avec à la clé, cette conclusion : les trous noirs de notre univers sont voués tôt ou tard à exploser sous forme de « trous blancs »…

Or, ce modèle présente un avantage extrêmement séduisant pour les physiciens : elle résout le problème dit du « paradoxe de l’information ». De quoi s’agit-il ? Dans la théorie quantique, l’information ne peut pas être détruite. Même lorsque de la matière est perdue, l’information qu’elle contient ne peut pas disparaître : elle est forcément conservée, d’une manière ou d’une autre.

Problème : des travaux menés par le célèbre physicien Steven Hawking dans les années 70, connus sous le nom de « radiations de Hawking », stipulent que le trou noir finit par s’évaporer. En s’évaporant, le trou noir fait alors disparaître la matière qui était tombée à l’intérieur, et avec elle… l’information qu’elle contient. Ce qui viole donc le principe selon lequel, en physique quantique, l’information ne peut pas être détruite.

Mais avec ce nouveau modèle, le problème est résolu : en effet, lors de son explosion, le trou noir finit par libérer dans l’espace toute la matière qui était tombée en son sein, au lieu de la faire disparaître. Ce faisant, le trou noir libère donc également l’information que la matière contenait : l’information n’a donc pas disparu, et les principes de la physique quantique sont saufs…

 

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