Où mènent les trous noirs?

le trous noirs sont certainement l’un des objets les plus étranges du catalogue cosmique. Prédites par les équations de relativité générale d’Albert Einstein, leur existence n’est plus débattue aujourd’hui, la collaboration duTélescope Event Horizon après avoir publié le première image de l’aspect structurel d’un trou noir en 2019. Mais malgré tous les indices d’observation que nous avons sur ces objets, nous ne savons toujours pas exactement ce qu’il y a à l’intérieur. Plusieurs théories, telles que la théorie des supercordes et la gravitation quantique en boucle, ont fourni des réponses théoriques, mais la question reste ouverte à ce jour.

Le rayon d’un trou noir est proportionnelle à sa masse, cela signifie que la densité d’un trou noir est inversement proportionnelle à sa masse. En d’autres termes, plus un trou noir est petit, plus il sera dense et plus son attraction gravitationnelle sera intense près de son horizon d’événements. Essayer de pénétrer dans un trou noir stellaire, c’est prendre le risque de le faire immédiatement spaghettic’est-à-dire être étiré puis détruit par les forces de marée extrêmes du trou noir.

Les trois noirs supermassifs sont beaucoup moins denses, il est donc possible de les approcher, et même de passer leur horizon d’événements sans courir le moindre risque (en mettant bien sûr de côté les radiations ultra-énergétiques provenant du disque d’accrétion. n’importe quel astronaute là-bas). Cependant, Einstein était clair sur ce point: que l’on parvienne ou non à pénétrer dans un trou noir, sa singularité centrale serait le point final du voyage. Mais est-ce vraiment le cas?

Les trous de ver: passages spatio-temporels à l’intérieur des trous noirs?

Au fil des ans, les scientifiques ont étudié la possibilité que les trous noirs soient des trous de ver menant à d’autres galaxies. Ils pourraient même être, comme certains l’ont suggéré, un chemin vers un autre univers. Une telle idée circule depuis un certain temps: Einstein s’est associé à Nathan Rosen pour théoriser des ponts reliant deux points différents de l’espace-temps en 1935.

Mais la théorie a gagné du terrain dans les années 1980 lorsque le physicien Kip Thorne – l’un des principaux experts sur les implications astrophysiques de la théorie générale de la relativité d’Einstein – a déclenché une discussion sur la question de savoir si les objets pouvaient physiquement les traverser. Cependant, il semble peu probable que des trous de ver existent.

En effet, Thorne, qui a prêté ses conseils d’expert à l’équipe de production du film Interstellar, a écrit: « Nous ne voyons aucun objet dans notre univers qui pourrait devenir un trou de ver en vieillissant », Dans son livre« La science de l’interstellaire ». Thorne explique que voyager à travers ces tunnels théoriques restera très probablement de la science-fiction, et il n’y a certainement aucune preuve solide qu’un trou noir puisse permettre un tel passage.

Trous noirs: passerelles vers les trous blancs?

Si les trous noirs mènent à d’autres galaxies ou d’autres univers, il pourrait être son exact opposé au bout du tunnel. Par exemple, un trou blanc, une théorie avancée par le cosmologiste russe Igor Novikov en 1964. Novikov a proposé qu’un trou noir soit lié à un trou blanc qui existait dans le passé. Contrairement à un trou noir, un trou blanc permet à la lumière et à la matière de sortir, mais cette dernière ne peut pas entrer.

Les physiciens ont continué à explorer le lien potentiel entre les trous noirs et les trous blancs. Dans leur étude de 2014 publié dans la revue Examen physique D, les physiciens Carlo Rovelli et Hal M. Haggard ont affirmé que « il existe une métrique classique satisfaisant les équations d’Einstein en dehors d’une région espace-temps finie où la matière s’effondre dans un trou noir puis émerge d’un trou blanc « . En d’autres termes, la matière absorbée par les trous noirs peut être rejetée, et les trous noirs peuvent eux-mêmes devenir des trous blancs lorsqu’ils meurent.

Loin de détruire les informations qu’il absorbe, l’effondrement d’un trou noir serait arrêté. Au contraire, il subirait un rebond quantique, permettant aux informations de s’échapper. Si tel est le cas, cela appuierait une proposition de l’ancien cosmologiste et physicien théoricien de l’Université de Cambridge, Stephen Hawking, qui, dans les années 1970, a exploré la possibilité que les trous noirs émettent des particules et des rayonnements vers la série de fluctuations quantiques au bord de leur horizon.

Hawking a calculé que le rayonnement entraînerait la perte d’énergie, le rétrécissement et la disparition d’un trou noir, comme décrit dans son article de 1976 publié dans la revue Examen physique D. Selon ses affirmations selon lesquelles le rayonnement émis est aléatoire et ne contient aucune information sur ce qui a été absorbé, le trou noir, lors de son évaporation, effacerait toutes les informations qu’il contenait.

Vue d’artiste de la transition entre trou noir et trou blanc. À l’aide de la gravité quantique en boucle, Ashtekar, Olmedo et Singh montrent que les trous noirs évoluent en trous blancs. Crédits: F. Vidotto

Cela signifiait que l’idée de Hawking était en contradiction avec la mécanique quantique selon laquelle les informations ne peuvent pas être détruites. L’idée de Hawking a conduit au «paradoxe de l’information du trou noir» et a longtemps intrigué les scientifiques. Certains ont dit que Hawking avait tout simplement tort, et l’homme lui-même a même déclaré qu’il avait commis une erreur lors d’une conférence scientifique à Dublin en 2004.

Dans leur étude de 2013 Publié dans Lettres d’examen physique, Jorge Pullin de l’Université d’État de Louisiane et Rodolfo Gambini de l’Université de la République de Montevideo, Uruguay, ont appliqué la gravité quantique à boucle à un trou noir et ont trouvé une dynamique gravitationnelle cohérente avec l’existence d’une sortie du matériau. Les résultats ont donné une crédibilité supplémentaire à l’idée de trous noirs servant de ponts dans l’espace-temps. Dans cette étude, la singularité n’existe pas, elle ne forme donc pas une barrière impénétrable qui finit par écraser tout ce qu’elle rencontre. Cela signifie également que l’information ne disparaît pas.

Une impasse

Pourtant, les physiciens Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski et James Sully, quant à eux, pensaient que Hawking avait raison. Ils ont travaillé sur une théorie connue sous le nom de pare-feu AMPS, ou hypothèse du pare-feu du trou noir. Selon leurs calculs, la mécanique quantique pourrait transformer l’horizon des événements en un énorme mur de feu et tout ce qui entrerait en contact brûlerait en un instant. En ce sens, les trous noirs ne mènent nulle part, car rien ne peut jamais y pénétrer.

Ceci, cependant, viole la théorie d’Einstein de la relativité générale. Une personne traversant l’horizon des événements ne devrait ressentir aucun effet particulier, car elle serait en chute libre et, selon le principe d’équivalence, cette personne ne ressentirait pas les effets extrêmes de la gravité. Et même si elle ne violait pas la relativité générale, cette hypothèse contredirait la théorie quantique des champs.

Hawking est allé jusqu’à dire que les trous noirs n’existent peut-être même pas.  » Les trous noirs devraient être redéfinis en tant qu’états liés métastables du champ gravitationnel Il a écrit. Il n’y aurait pas de singularité, et alors que le champ apparent se déplacerait vers l’intérieur en raison de la gravité, il n’atteindrait jamais le centre et ne formerait donc jamais une singularité.