Après la découverte des trous noirs, découvrirons-nous des trous de ver ? Plusieurs techniques pourraient nous le permettre dont l’une qui vient d’être ébauchée. Elle pourrait être appliquée à Sgr A*, notre trou noir supermassif qui n’en serait peut-être pas un, mais bien un trou de ver entre deux univers parallèles.

Cela fait presque 60 ans que des chercheurs de renom spéculent sur l’existence des trous de ver en astrophysique. Ces solutions des équations d’Einstein sont en fait des cousines de celles conduisant à la théorie des trous noirs. De sorte qu’il a été envisagé qu’au moins certains des objets que nous observons dans le cosmos aujourd’hui, et qui semblent se comporter comme des trous noirs, n’en sont pas. Pour le démontrer, il faudrait montrer que ces objets n’ont pas un horizon des événements, par exemple en étudiant les ondes gravitationnelles qu’ils émettent lors de collisions et en y cherchant des modes quasi-normaux.

On sait en effet de ce point de vue que les trous noirs prédits par la théorie de la relativité générale peuvent vibrer en possédant un spectre de vibrations qui constitue une carte d’identité fiable comme le sont les raies d’émissions des atomes d’un élément donné. Il est théoriquement possible de distinguer un trou noir décrit par les équations d’Einstein d’un trou noir décrit par une autre théorie relativiste de la gravitation (par exemple tenseur-scalaire pour reprendre le jargon des physiciens théoriciens) avec ce spectre qui précisément est la marque de modes quasi-normaux.

En outre, un objet compact, mais qui ne possède pas un horizon des événements, émettrait des ondes gravitationnelles différentes lors d’une collision. Un trou de ver ne possède pas un tel horizon et on peut donc imaginer tenter de détecter l’existence de ces objets grâce à l’astronomie gravitationnelle.

Certains scénarios cosmologiques faisant jouer un rôle important à des champs scalaires, peut-être en relation avec l’existence de l’énergie noire aujourd’hui ou d’une phase d’inflation dans l’univers primordial, permettent d’imaginer que des trous de ver sont apparus pendant le Big Bang. Les trous noirs supermassifs — dont on tente d’expliquer l’existence en les faisant croître à partir de « graines » qui seraient des trous noirs primordiaux nés de fluctuations de densité dans le contenu de l’univers à sa naissance — pourraient en fait être des trous de vers primordiaux.

La mécanique céleste, une fenêtre sur la physique des trous de ver

Les ondes gravitationnelles ne sont pas le seul moyen de tester la théorie des trous noirs et de révéler l’existence d’objets exotiques qui pourraient prendre leur place. En fait, les membres de la collaboration Event Horizon Telescope ont cherché à savoir si M87* n’était pas en fait un trou de ver car l’image que l’on pouvait obtenir n’est pas la même selon que l’on est en présence d’un trou noir de type Kerr ou d’un objet ayant des caractéristiques de trou de ver. Il semble que, dans le cas de M87*, cette dernière possibilité soit peu probable comme l’expliquait Katie Bouman dans son séminaire à Caltech (voir en 45-49, la vidéo ci-dessus).

Aujourd’hui, deux chercheurs, Dejan Stojkovic, de l’université de Buffalo (USA), et De-Chang Dai de l’université Yangzhou, ont ébauché une autre méthode pour tenter de savoir si un trou noir n’est pas en fait un trou de ver. L’article à ce sujet, que l’on peut consulter en accès libre sur arXiv, a été publié dans le réputé journal Physical Review D.

L’idée de base est simple à comprendre. Si un trou noir supermassif comme Sgr A* est en fait un trou de ver, il canalise le champ de gravitation des objets à l’une de ses entrées pour le faire sortir à l’autre. Cela doit se produire, que les deux extrémités du trou de ver soient dans notre Univers ou qu’elles connectent deux univers.

Il en résulterait que les mouvements des étoiles proches de Sgr A*, par exemple la célèbre S2, ne seraient pas exactement conformes à ce qui est attendu car le champ de gravitation ne serait pas celui d’un trou noir de Kerr mais la somme des champs produits par le trou de ver et par les astres proches de chaque côté du trou de ver.

Bien sûr, en découvrant des telles anomalies de mouvements, la question se poserait de savoir à quel point il est possible d’en rendre compte à partir d’autres hypothèses, par exemple avec la présence d’une population de trous noirs stellaires difficiles à détecter proche de Sgr A*, lesquels modifieraient sans aucun doute l’aspect de l’espace-temps autour de Sgr A*, espace-temps dont la métrique, comme disent les physiciens, ne serait plus exactement celle d’un trou noir de Kerr.

Il n’en reste pas moins que c’est une piste intéressante à creuser, tant la découverte de l’existence de trous de ver, potentiellement connectés à d’autres univers en plus — comme espérait pouvoir le montrer le défunt Nikolaï Kardachev avec RadioAstron — serait une révolution scientifique.

Sources

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