Dans la science-fiction, les explorateurs de l’espace glissent régulièrement à travers des trous de ver dans l’espace-temps qui sont reliés par deux trous noirs : des objets célestes si denses que même la lumière ne peut échapper à leurs griffes.
Mais les trous noirs sont-ils vraiment des passerelles vers les trous de ver ? Et ces trous de ver ressembleraient-ils à leurs homologues “Star Trek” ?
La réponse courte est probablement non, bien que les mathématiques de l’univers ne l’excluent pas entièrement.
Par eux-mêmes, la seule chose au centre d’un trou noir c’est une singularité, un point de densité infinie.
En théorie, cependant, un trou noir peut s’associer à un jumeau miroir, appelé trou blanc, pour former un trou de ver. Pourtant, ces trous de ver théoriques ne ressembleraient en rien à ceux décrits dans la science-fiction : les trous de ver traditionnels sont censés être incroyablement instables, ce qui signifie qu’ils s’effondreraient au moment où une seule particule de matière entrerait dans l’atmosphère.
Certains physiciens prédisent qu’un trou de ver pourrait devenir plus stable s’il se formait à partir d’un trou noir en rotation, mais notre compréhension de ce qui se passe dans ce scénario est au mieux trouble.
Ponts Einstein-Rosen
Les scientifiques ont d’abord découvert les trous noirs non par des observations dans l’univers, mais par les mathématiques de Einsteinla théorie de relativité générale. Ces équations ont montré que si vous écrasez suffisamment de matière dans un volume suffisamment petit, alors la gravité Elle surmonte toute autre force et réduit la matière à un point infiniment petit, appelé la singularité.
Les trous noirs sont des voyages à sens unique. Une fois que quelqu’un franchit ses limites, appelées horizons des événements, il ne peut jamais s’échapper. Alors que les trous noirs étaient autrefois considérés comme un simple astuce des équations d’einsteinles observations astronomiques ont finalement révélé que des trous noirs existent dans l’univers.
Mais ce même calcul permet également l’inverse exact d’un trou noir : un trou blanc. Un trou blanc a toujours une singularité en son centre et un horizon des événements qui l’entoure. Mais au lieu de tomber dedans et de se trouver dans l’impossibilité de s’échapper, avec un trou blanc, une personne ne pourrait jamais atteindre l’horizon des événements de l’extérieur, car il recrache constamment son contenu dans l’univers plus rapidement que la vitesse de la lumière.
La connexion des singularités appariées d’un trou noir et d’un trou blanc forme le type le plus simple de trou de ver, également connu sous le nom de pont Einstein-Rosen.
pas très utile
Malheureusement, les ponts Einstein-Rosen ne sont pas très utiles pour traverser le cosmos. D’une part, l’entrée du trou de ver se trouve derrière l’horizon des événements. Puisqu’une personne ne peut pas entrer du côté du trou blanc, elle devrait tomber dans un trou noir pour entrer. Mais une fois que quelqu’un traverse un horizon d’événements, il ne peut jamais s’échapper. Cela signifie que si vous entrez dans le trou de ver, vous serez piégé à l’intérieur pour l’éternité.
L’autre problème des ponts d’Einstein-Rosen est leur stabilité. “Ce pont est une sorte de trou de ver, mais il est transitoire : il se pince avant qu’aucun objet ne puisse l’utiliser pour passer d’un côté à l’autre. Donc, dans ce sens, vous n’avez pas vraiment de trou de ver, puisque vous n’en avez pas. t peut passer par là, a déclaré Samir Mathur, physicien à l’Université d’État de l’Ohio, à Live Science dans un e-mail.
Cette instabilité existe car la création d’un trou de ver nécessite un agencement très précis et minutieux de la matière. Tout ce qui perturbe cet équilibre délicat, même un seul paquet de lumière ou de photon, déclencherait l’effondrement instantané du trou de ver. Le trou de ver se déchirerait comme un élastique trop étiré plus rapidement que la vitesse de la lumière, empêchant quoi que ce soit de le traverser.
De plus, les physiciens croient largement que les trous blancs n’existent pas dans notre univers. Contrairement à leurs frères et sœurs, les trous blancs sont incroyablement instables. Selon les calculs, une fois qu’un seul morceau de matière tombe vers eux, ils explosent instantanément. Ainsi, même si des trous blancs se formaient naturellement, ils ne dureraient pas longtemps.
La combinaison de l’incertitude de l’existence des trous blancs, de l’instabilité des ponts Einstein-Rosen et de leur manque relatif d’utilité signifie que si les trous de ver existent, ce ne sont probablement pas des ponts Einstein-Rosen.
Une singularité tournante
Il existe peut-être un moyen de construire un trou de ver à partir d’un type de trou noir plus compliqué : en tenant compte de sa rotation. Tous les trous noirs tournent, mais le mathématicien néo-zélandais Roy Kerr a été le premier à trouver les calculs pour faire tourner les trous noirs.
Au centre d’un trou noir en rotation, des forces centrifuges extrêmes étendent la singularité ponctuelle en un anneau. Il est possible que cette « singularité annulaire » devienne l’entrée d’un trou de ver, mais une fois de plus le problème de la stabilité se pose.
“La singularité d’un trou de Kerr est entourée d’un ‘horizon intérieur’, qui à son tour est entouré par ‘l’horizon extérieur’. Les gens croient que l’horizon intérieur n’est pas un concept stable et que de petites quantités de matière entrante vont complètement changer la région à l’intérieur de cet horizon et donc aussi changer la singularité”, a déclaré Mathur. “Le résultat final de cette instabilité n’est pas clair.” Le problème est que si la matière tombe vers la singularité de l’anneau, elle rencontre deux effets opposés : l’immense attraction gravitationnelle de la singularité elle-même et la force centrifuge extrême du spin au centre du trou noir, qui agirait dans la direction opposée.
Comme vous pouvez l’imaginer, ce n’est pas une situation très confortable, et les choses risquent de devenir folles très rapidement. La situation est si instable qu’elle peut même empêcher complètement la formation de la singularité. Dans ce cas, de nombreux physiciens pensent que le concept de “singularité annulaire” d’un trou noir en rotation sera remplacé par une idée plus concrète une fois que nous aurons acquis une meilleure compréhension de ces objets.
Publié à l’origine sur Live Science.