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. Si cette hypothèse était confirmée, elle permettrait de résoudre une énigme quantique connue sous le nom de paradoxe de l'information du trou noir ; 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 de ver pourrait ouvrir un passage vers un autre Univers
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 des événements, y compris la lumière, ne peut s’en échapper. La théorie de la Relativité Générale d'Einstein montre qu’un trou noir peut se former dès que la matière 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 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, 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 événements. 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 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 réaspirer 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 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'Orégon, 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 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 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 massive, 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 et la gravitation. 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. 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 événements 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 événements, 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.
Pour en savoir plus : L’article de Thibault Damour et Sergey N. Solodukhin « Wormholes as Black Hole Foils » (pdf en anglais)
, il faudrait voir les paradoxes temporels que cela engendre et cela violerait les lois de l'information (causalité) car on pourrait alors dépasser la vitesse de la lumière.
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