L'Ecolière

Je dédie cet article à mon ange de petite sœur...

TROUS COSMIQUES, les portes de l'espace

L'univers peut être habité par des phénomènes étranges et violents comme par exemple, les portails cosmiques. Certains sont capables d'aspirer de la matière, d'autres pourraient au contraire en éjecter et d'autres encore pourraient la conduire dans différentes dimensions spatiales et temporelles. Mais ces portes de l'espace sont-elles de pures inventions ou de réels faits scientifiques ?

Lumière sur les trous noirs :

Les trous noirs sont des portails cosmiques dont l'existence est avérée. Certains d'entre eux ont déjà pu être observés. Ils proviennent de l'agonie d'une étoile massive. En effet, quand une grosse étoile est en fin de vie, elle n'a plus assez d'énergie pour lutter contre sa force gravitationnelle et elle s'effondre de l'intérieur. C'est ce qui donne naissance à un trou noir.

Ces endroits sont capables d'attirer, de rejeter, de reformer ou de réorganiser la matière. Ils sont très difficiles à repérer. Et pour cause... ils sont noirs !!! Ils sont détectables quand ils sont en interaction avec un objet. Avant d'être engloutie, la matière ionisée s'échauffe et se met à briller, émettant des rayons X et d'autres radiations qui révèlent la présence du trou noir.

Le secret des trous noirs pour attirer la matière c'est qu'il y règne un champ gravitationnel terriblement fort : toute matière ou lumière est prise au piège. C'est pourquoi ces zones sont perçues comme noires.

Les gouffres de la galaxie :

Il y a quelques années, l'existence des trous noirs était hautement décriée. Aujourd'hui, on en connait des centaines !

Il existe deux types de trous noirs : les trous noirs stellaires dont la masse atteint de une à trente celle du Soleil (on en compte à peu près 100 millions dans la Voie Lactée) et les trous noirs supermassifs qui pèsent dix millions à dix milliards de Soleil ! Les scientifiques estiment qu'il doit y avoir un trou noir supermassif au centre de la plupart des galaxies (la Voie Latée en compte un).

Un gouffre-objet : Le trou noir, bien que la terminaison induise fortement en erreur, n'est pas vraiment un "trou" à proprement parler. Il s'agit d'un réel objet cosmique en trois dimensions. Toute la masse du trou noir est concentrée en un point qu'on appelle singularité gravitationnelle. Ce point est le centre d'une sphère qu'on nomme horizon, ou horizon des événements, et dont le rayon est la dernière limite avant que l'objet ne soit irrémédiablement aspiré.   Image ci-contre : le trou noir déforme l'espace temps un peu comme une boule de plomb déforme une mince feuille de caoutchouc. Sur l'image, on a une idée de cette déformation et on voit le point de singularité gravitationnelle et l'horizon des événements.

Les émissions de l'ombre : Si le trou noir est bien connu pour aspirer de la matière, il est aussi capable d'en rejeter ! Quand la matière tombe dans le trou noir, elle entre d'abord en rotation autour de celui-ci ce qui forme un disque d'accrétion, un gigantesque disque de matière tournante similaire à une dynamo. Ce disque génère des champs magnétiques qui acheminent une partie de la matière entrante vers l'extérieur. Cette matière rejetée prend la forme de "jets de trou noir" ou rayons à haute tension. Des jets de trous noirs ont été vus partout dans l'univers.    Image : les jets de trou noir sont les taches colorées.

Cuisine spatiale :

Si un cosmonaute tentait de visiter l'intérieur d'un trou noir stellaire, les parties de son corps ne seraient pas soumises aux mêmes gravités. En conséquence, les atomes de son corps se transformeraient en spaghettis et le cosmonaute serait littéralement métamorphosé en une assiette de pâtes avant d'avoir atteint le centre du trou noir.

Le processus de "spaghettisation" serait moins rapide dans un trou noir supermassif : le cosmonaute aurait le temps d'apprécier sa visite avant d'être "spaghettisé".

La guerre des étoiles :

Les trous noirs sont sans aucun doute de vrais durs à cuire. Ils peuvent parfois cohabiter et orbiter l'un autour de l'autre. Ils peuvent aussi se cogner et s'agréger ce qui engendrerait une énorme perturbation : des ondes gravitationnelles très puissantes se disperseraient comme des ondes à la surface de l'eau. Des laboratoires existent pour détecter ces perturbations dans l'espoir d'observer un jour ce phénomène.

De l'autre côté du trou noir :

Qu'y a-t-il de l'autre côté du trou noir ? Ca c'est une... très bonne question !

La relativité générale d'Einstein prévoit que rien ne peut ressortir d'un trou noir mais si le trou noir est minuscule, les lois de la mécanique quantique (qui étudie l'infiniment petit) se mêlent à celles de la relativité générale (qui s'occupe de l'infiniment grand). D'après la mécanique quantique, ces ridicules petits trous noirs ne sont pas inertes : ils sont même capables d'irradier ! Ces trous noirs sont appelés des mini trous noirs.

Le rayonnement émis par les mini trous noirs sont appelés des radiations Hawking en référence à Stephen Hawking. Ce dernier a fourni une preuve mathématique que quand un mini trou noir se forme puis s'évapore, certaines informations contenues dans ce mini trou noir ne sortent jamais. Cette hypothèse fait débat. D'un côté, certains scientifiques sont en total accord avec Hawking et de l'autre, d'autres scientifiques pensent que la théorie devrait être corrigée, que les informations ne sont jamais perdues mais ressortent du trou noir de manière plus subtile.   Image : Stephen Hawking.

Trous noirs faits maison :

En Suisse a été élaboré un Large Hadron Collider ou Grand Collisionneur de Hadrons. C'est un gigantesque accélérateur de particules capable de faire s'entrechoquer des particules subatomiques pour reproduire des énergies qui ont été produites quelques micro secondes après le Bigbang. Si les savants arrivent à reproduire la façon dont la nature a créé ces énergies, ils pourraient produire des mini trous noirs. Mais ces mini trous noirs se détruisent rapidement et il faudrait faire très vite pour pouvoir les étudier et comprendre les lois de la gravité quantique.

Un documentaire très court sur les trous noirs qui approfondit leur formation et parle beaucoup des quasars, ces objets lumineux formés par des trous noirs. 

Embarquez-vous pour 20 minutes passionnantes ! 

Les trous blancs :

Ce sont les inverses des trous noirs : ils éjectent de la matière. C'est la relativité générale d'Einstein qui prévoit leur existence - tout comme elle prévoyait celle des trous noirs - mais ces phénomènes n'ont jamais pu être observés et restent hypothétiques.

On a cru pouvoir en observer lors du repérage du premier quasar. En effet, ces objets lumineux produisent énormément d'énergie. Mais ils proviennent en fait des trous noirs.

A l'origine du Bigbang :

Ce qui est très intéressant dans la théorie des trous blancs c'est qu'ils sont capables de rejeter de la matière. Et si l'univers tout entier était en fait issu d'un même trou blanc qui aurait TOUT rejeté ? Avant d'atteindre un rythme d'expansion régulier, l'univers s'est d'abord élargi très, très, très rapidement dans ses premiers instants. 

Les satellites spatiaux comme Hubble sont en accord avec la théorie des multivers. Et si tous ces univers résultaient de l'apparition d'un trou blanc ? Et si le phénomène du Bigbang était en fait permanent grâce à eux ?

Les trous blancs de la relativité d'Einstein sont très instables : leur durée de vie est très limitée. Les trous blancs pourraient être à l'origine d'une bonne partie de la lumière qui circule dans l'univers...

Les trous de ver :

L'existence des trous de ver est elle aussi fortement controversée. Ils sont issus des constructions mathématiques d'Einstein. Il s'agit de raccourcis temporels et spatiaux à travers l'espace. Traverser un trou de ver, ça serait comme emprunter le métro d'une station à l'autre de la galaxie ! 

L'intérêt de telles structures serait qu'elles permettraient de voyager jusqu'à des endroits inexplorés en un record de temps. Cependant, selon Einstein, il est impossible d'utiliser de tels passages pour se déplacer. Dans sa théorie, les trous de ver se forment, s'ouvrent et se referment hermétiquement. Un objet qui essayerait de se faufiler à l'intérieur serait disloqué par compression.

De plus, cette perspective de voyages interspatiaux n'est pas forcément très réjouissante. Certes, cela pourrait nous amener à explorer des coins inconnus... mais aussi dangereux ! Imaginez la panade si on se retrouve au coeur d'une étoile !

Le ver et la pomme :

La dénomination "trou de ver" vient de la représentation simple que l'on pourrait se faire de ces objets. Si on prend une pomme et qu'on essaye d'aller d'un point à un autre de sa surface, il s'offre deux solutions : soit on fait le tour en épousant le contour de la pomme, soit on fait comme le ver, on creuse un trou et on parcourt cette distance en ligne droite à l'intérieur de la pomme ce qui est beaucoup plus rapide.

Une histoire de Contact :

La théorie des trous de ver était considérée comme tirée par les cheveux par la communauté scientifique. La parution du roman Contact engendra un regain d'intérêt pour cette hypothèse en effet, le roman essaye de rester le plus fidèle possible à la conjecture d'Einstein en imaginant qu'elle soit vraie et en en respectant ses plus petits aspects. Ceci rendit l'idée du physicien accessible au public. 

Le roman eut beaucoup de succès dans les années 90 et fit même l'objet d'un film.

Voyages dans le temps :

La relativité restreinte d'Einstein énonce que le temps n'est pas perçu de la même façon par deux objets éloignés et en mouvement l'un par rapport à l'autre. C'est le problème du GPS : les horloges des satellites n'ont pas la même notion du temps que celles qui sont sur terre. 

De la zone d'entrée à la zone de sortie du trou blanc, les temps ne sont pas les mêmes. On pourrait donc avancer ou remonter le temps alors que le temps passe normalement à l'intérieur du tunnel. 

Le problème d'une telle entreprise, c'est qu'elle pourrait engendrer une série de paradoxes. C'est le problème de Marty dans Retour vers le Futur : s'il éloigne sa mère de son père et qu'il les empêche de se rencontrer, il ne peut pas être né !

Non seulement ça mais le voyage ne s'avère pas aussi idyllique que ça : le voyageur serait transformé en une bulle de gaz à cause des forces gravitationnelles très intenses qui soutiennent les trous de ver.

Un autre petit documentaire très, très intéressant sur la théorie de la relativité temporelle d'Einstein. C'est très bien expliqué et les voyages dans le temps sont peut-être plus... concevables sous cette présentation !

Sources :

L'univers et ses mystères (documentaires DVD), collection H History

Les vidéos éditées dans l'article.

Wikipédia.

Site intéressant : Lumière sur les trous noirs (je lui ai piqué son joli jeu de mots... :p) : il y a un bel aperçu sur la relativité générale si ça vous dit.

Remarque :

Depuis que toute ma catégorie corps humain est partie en fumée à cause de sources peu fiables, je suis à couteau tiré en ce qui concerne mes recherches pour mes articles et entre autres, celles qui concernent les articles scientifiques. 

Au cours de mes recherches, je suis tombée sur cette image : 

Cette image lie les trois types de trous cosmiques dont je vous ai parlé seulement voilà, quelque chose me gêne. De une, elle rassemble un objet astrophysique dont l'existence est absolument certaine pour la plupart des scientifiques (le trou noir) et deux autres passages dont l'existence n'est pas avérée. De deux, le passage dans le trou de ver est censé être possible dans les deux sens or ici, il n'y a qu'un seul sens possible : trou noir vers trou blanc. Ces deux raisons me font douter de la pertinence de ce schéma. Qu'en pensez-vous ?