Les trous du cosmos

Si vous avez vu ou lu de la science-fiction, les trous du cosmos ne vous sont pas inconnus, que ce soit trous noirs, trous de ver ou même trous blancs.

Cet article va vous expliquer simplement de quoi l’on parle dans ces romans et ce que l’on en connait actuellement.

Les trous noirs

Un trou noir est un objet extrêmement dense qui a la particularité d’absorber la lumière d’où son nom

Depuis plus d’un siècle, les scientifiques soupçonnent leur existence. Depuis le développement de la relativité générale, les scientifiques ont pu déterminer leurs caractéristiques.

Comme le trou noir n’émet pas de lumière, il n’est pas visible. Pour identifier, comme pour le vent sur terre, il faut regarder les objets autour et regarder leur comportement et voir s’il est en cohérence avec las caractéristique d’un trou noir.

Le premier trou noir  « découvert » l’a été en 1965, c’est Cygnus X-1. Il est couple avec une étoile normale et tourne tous les deux autour d’un centre commun comme les chevaux de bois sur un manège. C’est ce qu’on appelle un système binaire. Ces systèmes binaires se détectent facilement car les étoiles s’éloignent et se rapproche périodiquement. Dans le cas du trou noir Cygnus X-1, on voit une étoile se rapprocher et s’éloigner mais on ne voit pas l’autre, c’est ce qui a permis de découvrir ce trou noir.

Comment expliquer ces trous noirs ?

Revenons à l’analogie de la toile tendue présentée dans l’article sur la relativité générale. Au lieu d’une pierre, mettons au centre de la toile une petite bille d’iridium(le métal le plus dense). Dans ce cas la déformation de la toile élastique va devenir presque un puits. C’est ce que produit un objet massif et dense sur l’espace-temps qui l’entoure. Il se produit alors au voisinage de l’objet dense une barrière qui retient la lumière par courbure de l’espace-temps sur lui-même. Cette barrière est bien définie par la relativité générale.

Il faut cependant noter l’existence d’un autre objet voisin des trous noirs mais sans barrière que l’on nomme singularité nue. C’est un objet prédit par la relativité mais dont l’existence physique possible st très contestée(En dehors de sa formation lors du Big-Bang. Aucune singularité nue n’a été mis en évidence à ce jour.

Que se passe-t-il si l’on s’approche du trou noir ?

Pour l’observateur qui s’approche du trou noir, il ne se passe rien et il franchi la barrière du trou noir sans rien remarquer sauf qu’il ne peut plus sortir du trou noir.

Pour l’observateur resté au sol, la vitesse de l’observateur qui s’approche du trou noir augmente continuellement et donc le temps ralentit jusqu’à s’arrêter, si bien que l’on verrait, peut-être en permanence, l’observateur proche du trou noir près de la barrière.

Cependant, un autre phénomène vient se superposé a la dilatation du temps c’est que la lumière émise par l’observateur se serait décalée vers l’infrarouge et au-delà et de toute façon, l’observateur ne serait plus visible.

Que se passe-t-il dans le trou noir ?

Par définition, on ne peut pas voir ce qui s’y passe et on ne le verra jamais. La relativité générale ne sait pas décrire ce qui s’y passe car pour elle, la gravitation y devient infinie, ce qui est impossible.

Les scientifiques tentent des explications à partir de la physique quantique mais aujourd’hui, on ne sait pas raccorder les explications quantiques et la relativité qui explique bien ce qui se passe jusqu’à la barrière du trou noir. C’est un domaine de recherches très abondantes mais qui n’a pas encore abouti.

Les trous blancs

Les trous blancs sont aussi appelés fontaines blanches, ca décrit mieux ce qu’est un trou blanc.

C’est quoi un trou blanc ?

En fait le trou blanc serait la barrière de sortie d’un trou noir vers le passé. Ainsi par cette barrière on ne peut faire que sortir. Par cette barrière la lumière sort. C’est pour cela qu’on l’appelle trou blanc.

Ce genre d’objet est prédit par la relativité.

Est-ce que ça existe ?

Les scientifiques s’accordent à dire que son existence dans le cosmos est impossible. Il n’y a pas de processus envisageable pour la création d’un tel trou.

Il pourrait y en avoir eu lors du Big-Bang mais les conditions de formation sont tellement pointues que la probabilité quelles eussent été réunies à ce moment-là est nulle.

 

Les trous de ver

Un trou de ver est un objet reliant un trou noir d’un cote et un trou blanc de l’autre.

Issus des calculs de la relativité, il existe théoriquement plusieurs types de trou de ver. Les plus intéressants sont constitués d’un trou noir et d’un trou blanc situé face à face dans 2 régions différentes du cosmos reliées par un tunnel spatio-temporel et permettant à la matière de passer d’un univers à l’autre et ce,  quasi instantanément. Les 2 trous sont mis en face par un repliement de l’espace-temps.

On peut imaginer, dans cette configuration, qu’un objet traversant le trou de ver va arriver plus vite que la lumière qui doit faire le tour. L’objet va plus vite que la lumière et que le temps. Il va donc arriver dans le futur.

Est-ce que ça existe ?

Il n’y a pas aujourd’hui de théorie permettant de croire en l’existence de tels trous.

Les calculs montrent que pour laisser ouvert le trou, il faut introduire de la matière à masse négative dans le trou. L’existence d’une telle matière n’a pas été, même théoriquement, mise en évidence à ce jour.

Et Intersetellar, Startrek, etc

C’est bien imaginé mais nous n’avons pas pu mettre en évidence la moindre trace d’un trou de vers (Appelé Vortex dans Startreck). C’est décevant car ce serait une belle aventure mais la réalité ne nous permet pas d’envisager ce rêve.