Des trous de ver se cachent peut-être dans l’univers

La théorie de la relativité générale d’Albert Einstein a profondément changé notre façon de penser aux concepts fondamentaux de la physique, tels que l’espace et le temps.

Mais elle nous a également laissé de profonds mystères. L’un d’entre eux est celui des trous noirs, qui n’ont été détectés sans équivoque qu’au cours des dernières années. Un autre est celui des “trous de ver” – des ponts reliant différents points dans l’espace-temps, qui fournissent en théorie des raccourcis aux voyageurs de l’espace.

Les trous de ver sont toujours dans le domaine de la fantaisie. Mais certains scientifiques pensent que nous serons bientôt en mesure de les trouver aussi. Au cours des derniers mois, plusieurs nouvelles études ont suggéré des pistes intéressantes pour l’avenir.

Les trous noirs et les trous de ver sont des types particuliers de solutions aux équations d’Einstein, qui apparaissent lorsque la structure de l’espace-temps est fortement déformée par la gravité. Par exemple, lorsque la matière est extrêmement dense, le tissu de l’espace-temps peut devenir si courbé que même la lumière ne peut s’en échapper. C’est un trou noir.

Comme la théorie permet d’étirer et de courber le tissu de l’espace-temps, on peut imaginer toutes sortes de configurations possibles. En 1935, Einstein et le physicien Nathan Rosen ont décrit comment deux feuilles d’espace-temps peuvent être jointes ensemble, créant ainsi un pont entre deux univers. C’est une sorte de vortex – et depuis lors, beaucoup d’autres ont été imaginés.

Certains trous de ver peuvent être “franchissables”, ce qui signifie que les humains peuvent les traverser. Pour cela, ils devraient être suffisamment grands et maintenus ouverts contre la force de gravité, qui tente de les fermer. Pousser l’espace-temps vers l’extérieur de cette manière nécessiterait d’énormes quantités d’”énergie négative”.

Cela ressemble à de la science-fiction ? Nous savons que l’énergie négative existe, de petites quantités ont déjà été produites en laboratoire. Nous savons aussi que l’énergie négative est à l’origine de l’expansion accélérée de l’univers. La nature a donc peut-être trouvé un moyen de créer des trous de ver.

Repérer les trous de ver dans le ciel

Comment prouver l’existence des trous de ver ? Dans un nouvel article, publié dans les Monthly Notices of the Royal Society, des astronomes russes suggèrent qu’ils pourraient exister au centre de certaines galaxies très brillantes, et proposent quelques observations pour les trouver. Ces observations sont basées sur ce qui se passerait si la matière sortant d’un côté du trou de ver entrait en collision avec la matière qui y tombe. Les calculs montrent que la collision entraînerait un affichage spectaculaire de rayons gamma que nous pourrions essayer d’observer avec des télescopes.

Ce rayonnement pourrait être la clé de la différenciation entre un trou de ver et un trou noir, que l’on croyait auparavant impossible à distinguer de l’extérieur. Mais les trous noirs devraient produire moins de rayons gamma et les éjecter en un jet, tandis que les radiations produites par un trou de ver seraient confinées dans une sphère géante. Bien que le type de trou de ver considéré dans cette étude soit traversable, il ne permettrait pas de faire un voyage agréable. Étant donné qu’il serait si proche du centre d’une galaxie active, les températures élevées brûleraient tout en un instant. Mais ce ne serait pas le cas pour tous les trous de ver, comme ceux qui sont plus éloignés du centre galactique.

L’idée que les galaxies puissent abriter des trous de ver en leur centre n’est pas nouvelle. Prenons le cas du trou noir supermassif au cœur de la Voie lactée. Il a été découvert grâce à un suivi minutieux des orbites des étoiles proches du trou noir, une réalisation majeure qui a reçu le prix Nobel de physique en 2020. Mais un article récent a suggéré que cette attraction gravitationnelle pourrait plutôt être causée par un trou de ver.

Contrairement à un trou noir, un trou de ver peut “fuir” une partie de la gravité des objets situés de l’autre côté. Cette action gravitationnelle effrayante ajouterait un petit coup de pouce aux mouvements des étoiles proches du centre galactique. Selon cette étude, l’effet spécifique devrait être mesurable lors d’observations dans un avenir proche, une fois que la sensibilité de nos instruments sera un peu plus avancée.

Par pure coïncidence, une autre étude récente a fait état de la découverte de quelques “cercles radio étranges” dans le ciel. Ces cercles sont étranges car ils sont énormes et pourtant ils ne sont associés à aucun objet visible. Pour l’instant, ils défient toute explication conventionnelle, aussi les trous de ver ont-ils été avancés comme cause possible.

Une boîte de vers

Les trous de ver exercent une forte emprise sur notre imagination collective. D’une certaine manière, ils constituent une forme d’évasion délicieuse. Contrairement aux trous noirs qui sont un peu effrayants car ils piègent tout ce qui s’y aventure, les trous de ver peuvent nous permettre de voyager dans des endroits lointains plus vite que la vitesse de la lumière. Ils peuvent même être des machines à remonter le temps, offrant un moyen de voyager à reculons, comme le suggère feu Stephen Hawking dans son dernier livre.

Les trous de ver apparaissent également dans la physique quantique, qui régit le monde des atomes et des particules. Selon la mécanique quantique, les particules peuvent sortir de l’espace vide, pour disparaître un instant plus tard. C’est ce que l’on a pu constater lors d’innombrables expériences. Et si des particules peuvent être créées, pourquoi pas des trous de ver ? Les physiciens pensent que les trous de ver peuvent s’être formés dans l’univers primitif à partir d’une mousse de particules quantiques qui ont surgi et disparu de l’existence. Certains de ces “trous de ver primordiaux” existent peut-être encore aujourd’hui.

Des expériences récentes sur la “téléportation quantique” – un transfert “désincarné” d’informations quantiques d’un endroit à un autre – ont montré qu’elle fonctionnait d’une manière étrangement similaire à deux trous noirs reliés par un vortex. Ces expériences semblent résoudre le “paradoxe de l’information quantique”, qui suggère que l’information physique pourrait disparaître définitivement dans un trou noir. Mais elles révèlent également un lien profond entre les théories notoirement incompatibles de la physique quantique et de la gravité – les trous de ver étant pertinents pour les deux – qui peut être déterminant dans la construction d’une “théorie de tout”.

Le fait que les trous de ver jouent un rôle dans ces développements fascinants ne passera probablement pas inaperçu. Nous ne les avons peut-être pas vus, mais ils pourraient certainement être là. Ils pourraient même nous aider à comprendre certains des mystères cosmiques les plus profonds, comme celui de savoir si notre univers est le seul.

Sources: The Conversation, Le Nouvel ordre mondial, 15 janvier 2021 – Traduction par Astro Univers