Les trous de l'espace

Trous noirs, trous blancs et trous de vers. Tout est lié ?

Les trous noirs : l'idée avait déjà été conçue au XVIIIe siècle par John Michell et Pierre-Simon de Laplace. En astrophysique, un trou noir est un objet céleste si compact que la force de son champs de gravitation empêche toute forme de matière ou de rayonnement (même la lumière) de s'en échapper. Au centre de chaque trou noir se trouve une singularité. C'est un corps minuscule et infiniment dense, et c'est lui qui génère la gravité du trou noir. Par exemple, si l'on compressait le Soleil dans une sphère d'environ trois kilomètres de rayon (un quatre millionièmes de sa taille), il deviendrait un trou noir.

Ces objets n'émettent ni ne diffusent de lumière et sont donc noirs, ce qui, pour les astronomes, revient à dire qu'ils sont invisibles.Comment sait-on qu'ils existent alors ? Plusieurs techniques d'observation indirecte dans différentes longueurs d'ondes sont utilisées pour étudier le phénomène. En particulier, la matière happée par le trou noir est chauffée à des températures importantes avant d'être « engloutie ». Elle émet également des rayons X.

Mais alors, où va cette matière et que se passe-t-il si nous nous faisions aspirer par un trou noir ? D'après la théorie de la relativité générale d'Einstein, la gravité déforme l'espace temps. Et il y a une gravité tellement forte dans un trou noir que l'espace-temps disparaît. Plus on s'approche du centre, plus le temps passe vite dans le monde extérieur. Par exemple, à un endroit donné, une heure pour nous correspondrait à un siècle pour le reste de l'univers. Si nous nous faisions aspirer par un trou noir, on serait désintégré par la gravité. Mais si nous trouvions un moyen de survivre à la gravité, nous assisterions à la fin de notre univers (déformation de l'espace-temps)

Il y a différents types de trous noirs : - quand un trou noir ne tourne pas et est sans charge, on parle de trou noir de  Schwarzschild ; - quand un trou noir ne tourne pas mais a une charge, il est décrit par la solution de Reissner-Nordström ; - quand un trou noir tourne mais est sans charge, on parle de trou noir de Kerr.

Les astrophysiciens ont des raisons de penser que les trous noirs chargés se déchargent spontanément et très rapidement. Ainsi, ceux qui existent dans l'univers ne devraient être que des trous noirs de Kerr ou de Schwarzschild.

Il y a également différentes tailles de trous noirs : - les trous noirs stellaires, qui ont une masse d'au moins trois masses solaires. Ils naissent à la suite de l’effondrement gravitationnel du résidu des étoiles massives (environ dix masses solaires, et plus initialement) ; - les trous noirs supermassifs ont une masse comprise entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. Ils se trouvent au centre des galaxies et leur présence provoque parfois l’apparition de jets et du rayonnement X. Notre galaxie contient un tel trou noir (Sagittarius A) ; - les trous noirs intermédiaires sont des objets récemment découverts et ont une masse entre 100 et 10 000 masses solaires. Si l'existence de tels trous noirs est maintenant bien acceptée dans la communauté des astronomes, le faible nombre de candidats et l’ambiguïté de certains signaux font que l'existence de cette catégorie de trou noir reste encore sujette à débat.

Les trous blancs : le concept de trou blanc a été introduit par le cosmologiste soviétique Igor D. Novikov en 1964. Le Big Bang est parfois considéré comme un trou blanc.

Dans le cas d'un trou noir de Reissner-Nordström, un trou blanc pourrait être « la porte de sortie ». Une configuration trou noir - trou blanc est appelér trou de ver.

Un trou blanc est imprévisible et très aléatoire. Pour créer un trou blanc, il existe deux solutions : - soit il existe depuis la création de l'univers ; - soit il doit être issu d'un processus physique menant à sa formation.

Aucune de ces solutions ne paraissent plausible, on ne connaît aucun processus astrophysique pouvant mener à sa formation et supposer qu'il existe depuis le début de l'univers revient à supposer d'un grand nombre de conditions initiales spécifiques. Leur existence fait toujours débat.

Les trous de ver : l'existence des trous de ver à été suggérée en 1935 par Einstein et Rosen. Leur nom a été donné par Misner et Wheeler.

Un trou de ver est un objet hypothétique reliant deux régions de l'espace-temps et qui serait d'un côté un trou noir et de l'autre un trou blanc. L'utilisation d'un trou de ver permettrait de voyager d'un point A à un point B extrêmement rapidement, comme une sorte de raccourci. Cela permettrait de se déplacer d'un point de l'espace à un autre, mais également de se déplacer dans le temps. Toutefois, ils ne sont que théoriques. Leur existence et leur formation dans l'univers n'ont pas été vérifiées.

Comme les trous noirs, il en existe trois types : - ceux de Schwarzschild, qui sont infranchissables ; - ceux de Kerr-Newman et Reissner, qui ne sont franchissables que dans un seul sens ; - ceux de Lorentz, avec une masse négative, franchissables dans les deux sens.

Il y a des trous de ver qui ne sont pas en rotation comme ceux de  Schwarzschild et de Reissner et d'autres qui le sont, comme celui de Kerr-Newman En principe, on pourrait élaborer un trou de ver statique (immobile) en accumulant des masses négatives. Selon Wheeler, deux singularités peuvent être reliées par un trou de ver qui serait un sas entre deux régions de l'univers.

Mais comment entretenir ces passages et le rendre macroscopique (visible à l’œil nu) ? On ne sait pas encore comment réussir, car il est à l'échelle de Planck : il a une taille de 10­³³, et il est instable. Il se ferme en 10 puissance -43. Et si on l'agrandit, il s’autodétruit.

Les trous de l'espace restent toutefois hypothétiques. Mais des chercheurs travaillent pour espérer un jour prouver leur existence. Malheureusement, leur utilisation paraît compliquée, principalement à cause de leur gravité.