Les trous noirs sont-ils des passages vers d'autres Univers ?

Selon une nouvelle étude, les objets que les scientifiques appellent des trous noirs pourraient être en fait des trous de ver menant à d'autres Univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...). Si cette hypothèse était confirmée, elle permettrait de résoudre une énigme quantique connue sous le nom de paradoxe de l'information du trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu'il empêche...) ; cependant les critiques pensent qu'elle soulèverait également des problèmes nouveaux, le premier d'entre eux étant celui de la formation de ces trous de vers.

Un trou noir est un objet dont la zone de gravité possède une influence si puissante que tout ce qui s'égare à l'intérieur d'une limite appelée horizon (conceptuellement, l'horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou...) des évènements, y compris la lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...), ne peut s'en échapper. La théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage...) de la Relativité Générale (La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation. Dans ce cadre, la présence d'une masse déforme...) d'Einstein montre qu'un trou noir peut se former dès que la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) est confinée dans un espace suffisamment restreint. Bien que les trous noirs ne puissent pas être observés directement, les astronomes ont identifié de nombreux objets cosmiques comme appartenant à cette espèce, en se basant sur la façon dont la matière leur tourbillonne autour.

Mais les physiciens Thibault Damour de l'Institut des Hautes Etudes Scientifiques de Bures-sur-Yvette, et Sergey Solodukhin de l'université internationale de Brême en Allemagne, affirment désormais que ces objets pourraient être en réalité des structures appelées trous de ver.

Un trou de ver est une déformation du tissu de l'espace-temps qui connecte un endroit à un autre. Si l'on imagine notre univers comme une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs (spermaphytes, ptéridophytes et...) bidimensionnelle, on peut représenter un trou de ver comme une sorte de « gorge » reliant notre feuille à une autre. Dans un tel scénario, l'autre feuille pourrait être un univers différent, possédant ses propres galaxies, étoiles et planètes.

Damour et Solodukhin ont étudié ce à quoi pourraient ressembler de tels trous de ver et ont découvert avec étonnement qu'ils imiteraient les trous noirs que nous connaissons à un point tel qu'il nous serait pratiquement impossible de faire la différence.

Le rayonnement de Hawking

La matière tourbillonnerait autour d'un trou de ver de la même manière qu'autour d'un trou noir, les deux types d'objets déformant de façon identique l'espace qui les entoure.

On pourrait espérer les distinguer par le rayonnement de Hawking, cette émission de particules et de lumière qui ne devraient provenir que des trous noirs et auraient un spectre énergétique caractéristique. Mais ce rayonnement est si faible qu'il serait complètement noyé par d'autres sources, telles que le fond cosmique micro-onde, vestige du Big Bang (Le Big Bang[1] désigne l'époque dense et chaude qu'a connue l'univers il y a environ 13,7 milliards...), et qu'il serait inobservable en pratique.

Une autre différence que l'on pourrait espérer exploiter est que les trous de ver, contrairement aux trous noirs, n'ont pas d'horizon des évènements. Cela signifie que ce qui pénétrerait dans un trou de ver pourrait en revenir « intact ». En fait, les théoriciens indiquent qu'un certain type de trou de ver boucle sur lui-même, de sorte qu'il ne débouche pas sur un autre univers, mais mène à sa propre entrée.

Un audacieux plongeon

Mais ceci ne fournit pas un test infaillible non plus. Selon la forme du trou de ver, il pourrait falloir des milliards et des milliards d'années pour que ce qui y rentre en ressorte. Même les plus anciens trous de ver de ce type dans notre univers n'auraient pas eu encore le temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) de nous retourner quoi que ce soit.

Il semble que la seule façon de procéder pour faire la différence soit de faire un plongeon audacieux à l'intérieur. Ce serait un jeu dangereux, parce que si c'est un trou noir, la gravité incroyablement intense à l'intérieur éparpillerait tous les atomes du corps y pénétrant. Et quand bien même il s'agirait d'un trou de ver, les forces en jeu pourraient encore lui être fatales.

Un mouvement de yo-yo

En supposant que l'on survive à l'expérience, et que le trou de ver ne soit pas symétrique, on pourrait finalement se retrouver de l'autre côté, dans un autre univers. Mais sans autre action, le trou de ver tendrait à nous réaspiré et à nous ramener vers son ouverture dans notre univers. « Le vaisseau spatial subirait un mouvement de yo-yo, indique Damour, à moins d'utiliser ses moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par...) pour échapper à l'attraction du trou de ver et explorer l'espace de l'autre côté.

Mais quelqu'un qui vous attendrait d'un coté ou de l'autre devrait sans doute attendre des milliards d'années avant d'avoir de vos nouvelles, le temps de passage pourrait être affreusement long.

Un tel délai rendrait impossible les communications entre les univers. Mais ce retard pourrait devenir plus petit avec de plus petits trous de ver. Si un trou de ver microscopique pouvait être découvert, voire fabriqué, le temps de transfert pourrait se réduire à quelques secondes, indique Solodukhin, rendant potentiellement réalisable la transmission bidirectionnelle.

Stephen Hsu de l'université de l'Oregon, qui a étudié la formation des trous noirs et les propriétés des trous de ver, est d'accord avec le fait que la distinction entre les deux types d'objets par des observations est en pratique impossible, du moins avec la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) actuelle.

Une matière exotique

« La propriété la plus importante d'un trou noir, c'est-à-dire l'existence d'un point de non retour, n'est pas quelque chose que nous pouvons tester à l'heure (L'heure est une unité de mesure :) actuelle, » déclare-t-il. Toujours est-il que, selon lui, les objets que l'on soupçonne être des trous noirs en sont probablement plutôt que des trous de ver. Il existe des scénarios plausibles pour expliquer leur formation, comme l'effondrement d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme...) massive (Le mot massif peut être employé comme :), alors que celle des trous de ver n'est pas claire.

« Les trous de ver qui pourraient être confondus avec des trous noirs macroscopiques exigent, pour rester stables, la présence d'un certain type de matière exotique. Et rien n'est moins sûr qu'une telle matière existe, » affirme le scientifique.

Solodukhin indique qu'un trou de ver pourrait se former plus ou moins de la même façon que les trous noirs, lors de l'effondrement d'une étoile. Les physiciens pensent que c'est le processus normal de formation d'un trou noir, mais pour Solodukhin, des effets quantiques pourraient stopper l'effondrement juste un peu avant la formation du trou noir, et conduire à celle d'un trou de ver.

Selon lui, ce mécanisme pourrait même être inévitable dans une vision plus complète de la physique unissant la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques...) et la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). S'il a raison, alors partout où l'on s'attend à ce que des trous noirs se forment, des trous de ver se formeraient à la place.

Des trous noirs microscopiques

Et il pourrait exister une façon de tester cette conjecture (En mathématiques, une conjecture est une assertion qui a été proposée comme vraie, mais que personne n'a encore pu...). Certains physiciens pensent que les futures expériences dans les nouveaux accélérateurs de particules pourraient produire des trous noirs microscopiques (voir notre news: Théorie: les physiciens créeront-ils un jour des « saturnes noirs » ?).

De tels minis trous noirs émettraient des quantités mesurables de radiations de Hawking, démontrant par là même qu'ils en sont et non pas des trous de ver. Mais si Solodukhin a raison, et que des trous de ver microscopiques se forment à la place, aucun rayonnement de ce type ne doit exister.

La résolution d'un paradoxe

Un avantage supplémentaire de cette théorie des trous de ver est qu'elle pourrait résoudre le paradoxe de l'information du trou noir. La seule forme sous laquelle quelque chose s'échappe d'un trou noir est celle d'un rayonnement de Hawking, mais la façon dont ce rayonnement diffuse des informations sur l'objet qui a été avalé est mal expliquée. L'effet de brouillage de l'information est en conflit avec la mécanique quantique, qui interdit la perte d'information sur un objet tombant dans un trou noir (voir le paragraphe Le rayonnement de Hawking et son paradoxe dans notre news: Théorie: un trou noir, son horizon des évènements et... un éléphant).

« En théorie, les trous de ver sont plus adaptés que les trous noirs parce que tous ces problèmes de perte d'information ne se présentent pas, » indique Solodukhin. Comme les trous de ver n'ont pas d'horizon des évènements, la matière est libre de s'en échapper sans avoir été initialement convertie en rayonnement de Hawking, et l'énigme de l'information perdue n'existe plus.