Selon une nouvelle étude, lorsque la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) est avalée par un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche...), il se pourrait qu’elle tombe dans un autre univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...) contenu à l'intérieur, ou qu’elle se retrouve piégée dans une connexion, similaire à un trou de ver, vers un autre trou noir.


Ce qui se trouve à l'intérieur d'un trou noir reste l'un des plus grands mystères de la physique. La relativité générale (La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation. Dans ce cadre, la présence d'une masse déforme...), théorie qui prévoit l’existence des trous noirs, indique que toute la matière s’y concentre en un point (Graphie) central de densité (La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une substance homogène à la masse du même volume...) infinie que l’on appelle une singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou de quelqu'un. En...). Mais alors, "mathématiquement, plus rien n’a de sens", remarque Christian Böhmer de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche),...) de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du...), "et nous aimerions bien supprimer cette singularité."

De nombreux chercheurs pensent qu'une théorie unifiant les effets quantiques et gravitationnels résoudra le problème, la théorie des cordes étant la plus populaire de ces solutions de rechange. Mais Böhmer et son collègue Kevin Vandersloot de l'université de Portsmouth sont plus favorables à une approche rivale appelée la gravitation quantique à boucles, qui définit l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la géométrie de...) comme un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec...) de liens abstraits qui connectent de minuscules morceaux primitifs d'espace. Dans cette théorie, l’espace-temps n’est plus un continuum, comme en relativité générale, mais possède une structure discrète.

Cette théorie a déjà été utilisée pour aborder le problème de la singularité à l'origine de notre univers. Elle suggère qu’au lieu du Big Bang, un premier univers pourrait s'être effondré pour ensuite "rebondir" dans une nouvelle expansion, un "Big bounce" (rebond).

Des solutions plutôt étranges

Une situation "répulsive" similaire était déjà apparue quand cette théorie avait été précédemment appliquée à l'intérieur d'un trou noir particulier. Ces études suggéraient l’existence d’une frontière (Une frontière ou les lignes (qc et ang.) sont des mots qui désignent la ligne imaginaire qui sépare deux États...) répulsive empêchant la matière de s’agglomérer dans la singularité. Mais Böhmer et Vandersloot ont voulu constater les effets de cette théorie appliquée aux trous noirs en général. Comme les équations ne pouvaient pas être résolues exactement pour chaque trou noir, les chercheurs ont utilisé des simulations numériques.

"Nous avons été très étonnés des résultats," indique Böhmer. Au lieu d'une frontière autour de la singularité, deux autres types de solutions sont apparus, assez surprenants, qui se substituaient à la singularité.

Un Univers infini ou un pseudo trou de ver

Un des ensembles de réponses ressemblait à ce que l’on appelle un "univers de Nariai", modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils, les techniques et les...) autorisé par la relativité générale dans lequel l'univers n’est en expansion que dans une seule dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa...) de l’espace. (Notre propre univers observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle...) apparaît, lui, comme un espace dit de "de Sitter", car il s’étend dans chacune des trois dimensions, de sorte que les galaxies lointaines s’éloignent de nous, peu importe l’endroit que nous regardons dans le ciel).

"L’intérieur du trou noir serait un univers en lui-même," note Böhmer. La matière ne tomberait pas dans une singularité, mais se déplacerait pour toujours dans cet univers de Nariai, qui serait d’une taille infinie bien que contenu à l'intérieur d'un trou noir de taille finie.

L'autre ensemble de solutions découvert par les chercheurs est une connexion, une sorte de tunnel entre la bouche de deux trous noirs. Ce tunnel rappelle un trou de ver, raccourci hypothétique de l'espace-temps connectant deux points éloignés de l’univers. Selon les chercheurs, le destin de la matière à l'intérieur n’est pas très clair, mais il se pourrait qu’elle effectue un va-et-vient éternel entre les deux extrémités du trou noir.

Une instabilité intrinsèque

Selon Carlo Rovelli, du Centre de physique théorique (La physique théorique est la branche de la physique qui étudie l’aspect théorique des lois physiques et en...) de Marseille, cette nouvelle étude est "un pas en avant significatif". "L’idée d'appliquer la gravitation quantique à boucles pour résoudre la singularité au centre d'un trou noir n’est pas nouvelle, mais elle est désormais plus mature, et on peut effectivement commencer à imaginer concrètement par le calcul, le comportement réel de l'espace-temps quantique au centre d'un trou noir".

Selon d’autres physiciens, ces nouveaux travaux pourraient ne pas véritablement éliminer le problème des singularités dans les trous noirs. Pour eux, un univers de Nariai est intrinsèquement instable, et finalement soit s’effondrerait, soit deviendrait un univers de de Sitter qui lui-même hébergerait des trous noirs.

Et s’il en est ainsi, alors les trous noirs pourraient contenir leurs propres univers, ces univers contiendraient probablement leurs propres trous noirs, qui pourraient contenir leurs propres univers... dans une boucle infinie.