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Un trou de ver avalant un trou noir serait détectable par Ligo et Virgo – Futura

Les trous de ver permettraient de voyager dans le temps et dans l’espace entre les étoiles, toutefois, il ne s’agit pour le moment que de simples solutions mathématiques des équations d’Einstein. Mais, ils pourraient être bientôt détectés via les ondes gravitationnelles que peuvent observer Ligo et Virgo.

La théorie de la relativité générale est plus que centenaire et, jusqu’à présent, elle continue de résister à tous les tests qu’on lui a fait passer dans l’espoir de montrer qu’elle était seulement une approximation d’une théorie relativiste plus fondamentale de la gravitation. Einstein, lui-même, pensait que le plus beau destin de sa théorie était de devenir une forme effective d’une telle théorie, destin qu’il avait fait subir à la théorie de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-newton-360/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Newton" data-number data-copy="Unité légale de force (symbole : N).
Isaac Newton a observé que la somme des forces agissant sur un objet est proportionnelle à sa masse et à sa vitesse d’accélération. Cet éminent scientifique a donné son nom à l’unité de valeur du système international : 1 N est la force nécessaire pour imprimer à un objet de 1 kg une accélération de 1 m/s². » data-url= »/sciences/definitions/physique-newton-360/ » data-more= »Lire la définition »>Newton. C’est peut-être ce qui se cache derrière les derniers succès d’une formulation relativiste de la théorie Mond permettant de se passer de la matière noire ou bien encore, derrière l’accélération de l’expansion du cosmos observable, peut-être causée par une mystérieuse énergie noire.

Toujours est-il que nous devons plusieurs prédictions spectaculaires à la théorie d’Einstein et qu’il en reste deux que l’on voudrait bien vérifier. C’est déjà le cas de la théorie du Big Bang qui stipule qu’il y a plus de 10 milliards d’années, l'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/astronomie-univers-15239/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Univers" data-number data-copy="On regroupe sous le terme d’« univers » l’ensemble de tout ce qui existe. Cet ensemble est régi par un certain nombre de lois.
L’histoire de l’univers commence il y a quelque 13,7 milliards d’années dans une soupe extrêmement dense et chaude. Les lois de la physique telles que nous les… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/1/5/5/1557798396_80921_univers.jpg » data-url= »/sciences/definitions/astronomie-univers-15239/ » data-more= »Lire la suite »>Univers observable était plus petit, plus dense, plus chaud et sans <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-atome-1990/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Atome" data-number data-copy="L’atome est, pour les chimistes, le constituant fondamental de la matière. Le terme vient d’ailleurs d’un mot&nbsp;grec qui signifie «&nbsp;indivisible&nbsp;», même si l’on&nbsp;sait depuis longtemps que cet élément&nbsp;ne l'est pas.
Composition&nbsp;d’un atome : protons, neutrons et… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/f/d/e/fde9a248d4_93400_atome.jpg » data-url= »/sciences/definitions/chimie-atome-1990/ » data-more= »Lire la suite »>atomes ni étoiles (elle ne dit rien sur un temps zéro ou une taille infinie pour le cosmos en entier). C’est le cas aussi pour les <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-onde-gravitationnelle-4003/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Onde gravitationnelle" data-number data-copy="Les ondes gravitationnelles sont des ondes se propageant dans le tissu élastique de l’espace-temps dont les déformations et la courbure sont gouvernées par les équations de la relativité générale.
Elles se propagent à la vitesse de la lumière en transportant de l’énergie. On peut les comparer… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/f/4/c/f4c81d66a7_86131_ligo-fusion-trou-noir-ligo-nsf-aurore-simonnet.jpg » data-url= »/sciences/definitions/physique-onde-gravitationnelle-4003/ » data-more= »Lire la suite »>ondes gravitationnelles détectées directement sur <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/structure-terre-terre-4725/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Terre" data-number data-copy="Parmi les huit planètes du Système solaire, la Terre est l’une des quatre planètes telluriques, solides, de composition (roches silicatées et fer) et de densité moyenne voisines (entre 3,9 pour Mars et 6,1 pour Mercure), la densité moyenne de notre planète étant de 5,52.
Structure du globe… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/8/4/f/84ff7edce5_123534_terre-apollo8.jpg » data-url= »/planete/definitions/structure-terre-terre-4725/ » data-more= »Lire la suite »>Terre avec <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-ligo-4005/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Ligo" data-number data-copy="Ligo, acronyme de&nbsp;Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory en anglais, désigne un interféromètre géant existant en deux exemplaires aux États-Unis. L'un est situé à Livingston (Louisiane) et l’autre à Hanford (Washington).
Son but est la détection et l’étude des ondes… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/5/5/9/5596bb0666_86061_ligo-hanford-observatory-caltech-mit-ligo-lab.jpg » data-url= »/sciences/definitions/physique-ligo-4005/ » data-more= »Lire la suite »>Ligo et <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-virgo-4001/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Virgo" data-number data-copy="Expérience franco-italienne installée près de Pise, et destinée à détecter puis mesurer les ondes gravitationnelles créées par des événements astrophysiques violents. Cette expérience est basée sur le principe de l'interféromètre de Michelson, avec des bras de 3 km de long.
Le passage d’une… » data-url= »/sciences/definitions/physique-virgo-4001/ » data-more= »Lire la suite »>Virgo.

La question de l’existence des trous noirs est très probablement réglée elle aussi, même si la prudence s’impose encore un peu. En tout cas, les observations de l’Event Horizon Telescope avec M87* et celles, plausibles, des modes quasi normaux des trous noirs sont plutôt très convaincantes. Rappelons sur ce dernier point que les trous noirs prédits par la théorie de la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-relativite-generale-3572/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Relativité générale" data-number data-copy="La relativité générale est d'abord une généralisation aux référentiels accélérés des principes de la théorie de la relativité restreinte.
Elle apporte cependant de plus une nouvelle conception de l’espace et du temps, dans laquelle la gravitation devient une propriété géométrique de… » data-url= »/sciences/definitions/physique-relativite-generale-3572/ » data-more= »Lire la suite »>relativité générale peuvent vibrer en possédant un <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-spectre-1663/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Spectre" data-number data-copy="Phys. Représentation de la contribution (énergétique par exemple) des composantes monochromatiques d'une onde (onde sonore, onde électromagnétique ou rayonnement), en fonction de la fréquence (ou longueur d'onde) de ses composantes.
Par exemple, un spectre acoustique représente l’intensité… » data-url= »/sciences/definitions/physique-spectre-1663/ » data-more= »Lire la suite »>spectre de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-vibration-16296/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Vibration" data-number data-copy="En physique, le terme «&nbsp;vibration&nbsp;» désigne&nbsp;le mouvement d’un système qui reste voisin de son état de repos, de son état d’équilibre.
Types de vibrations et exemples : musique…
Ainsi, une masse accrochée à un ressort, un circuit électrique RLC, un haut-parleur ou une molécule… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/5/7/0/570f9ea55b_104266_vibration-haut-parleur.jpg » data-url= »/sciences/definitions/physique-vibration-16296/ » data-more= »Lire la suite »>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. Or, l’existence d’un tel horizon est vraiment ce qui définit un trou noir.

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L’écume de l’espace-temps (16) : Voyages temporels, trous de ver et horizons chronologiques. © Jean-Pierre Luminet

Les trous de ver, des raccourcis dans le temps et l’espace

La dernière des prédictions de la théorie de la relativité générale que l’on aimerait bien tester est peut-être la plus fascinante de toutes, c’est celle des trous de ver et en particulier s’ils sont traversables. La première prédiction de l’existence de ces objets est ancienne car elle remonte au milieu des années 1930 et a été l’œuvre conjointe d’Albert Einstein et Nathan Rosen. Les trous de ver se comportent comme des ponts entre deux régions d’espace-temps, dans notre Univers ou entre lui et un autre. Une version traversable sans danger a été découverte vers la fin des années 1980 par le prix Nobel de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-physique-15839/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Physique" data-number data-copy="La physique est une science de la nature expérimentale qui étudie les phénomènes naturels et leurs évolutions. Elle établit des théories qui permettent de les modéliser et, de fait, de les prévoir.
Les théories établies par la physique s’appliquent dans des cadres bien définis.
La physique… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/8/9/6/896f032c90_91933_physique-def.jpg » data-url= »/sciences/definitions/physique-physique-15839/ » data-more= »Lire la suite »>physique Kip Thorne, également pionnier de la détection des ondes gravitationnelles.

Les trous de ver traversables font rêver car ils permettraient de voyager entre les étoiles beaucoup plus vite que la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-lumiere-326/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Lumière" data-number data-copy="On désigne&nbsp;par le terme de «&nbsp;lumière visible »&nbsp;le spectre du rayonnement électromagnétique perceptible par l’œil humain.
La lumière blanche
Les longueurs d’ondes&nbsp;de la lumière visible&nbsp;s’échelonnent d’environ 380 nm (violet) à 780 nm (rouge).&nbsp;Le spectre visible est… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/b/6/9/b697a0c09f_85912_lumiere.jpg » data-url= »/sciences/definitions/physique-lumiere-326/ » data-more= »Lire la suite »>lumière et même, ce qui est très problématique en raison des paradoxes que cela implique avec des voyages, également dans le temps, comme l’explique Jean-Pierre Luminet dans la vidéo ci-dessus.

Il existe des scénarios qui permettent d’imaginer comment et pourquoi des trous de ver auraient pu se former dans l’Univers primordial, au moment du Big Bang. En effet, certains scénarios cosmologiques faisant jouer un rôle important à des champs scalaires, peut-être en relation avec l’existence de l'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-energie-noire-4004/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Énergie noire" data-number data-copy="L'énergie noire est le nom donné à une composante hypothétique de notre univers, présentant la particularité d'avoir une pression négative. Elle serait responsable de l'accélération de l'expansion cosmique mise en évidence de façon expérimentale en&nbsp;1998.
L’univers est en expansion. Si… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/4/e/1/4e16117ba7_50034616_energie-noire-nasa-cxc-m-weiss-02.jpg » data-url= »/sciences/definitions/univers-energie-noire-4004/ » data-more= »Lire la suite »>énergie noire aujourd’hui ou d’une phase d’inflation dans l’univers primordial, permettent d’imaginer que des trous de ver sont apparus à ce moment-là. Les <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/astronomie-trou-noir-supermassif-12722/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Trou noir supermassif" data-number data-copy="Les trous noirs supermassifs sont des trous noirs géants qui ne proviennent pas de l’effondrement d’une étoile et dont les masses vont d’environ un million à plusieurs milliards de masses solaires.
Où se trouvent les trous noirs supermassifs ?
Ils sont tapis au cœur de la majorité des grandes… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/f/9/5/f959b423ee_50149009_trou-noir-m87-2-event-horizon-telescope-collaboration.jpg » data-url= »/sciences/definitions/astronomie-trou-noir-supermassif-12722/ » data-more= »Lire la suite »>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 ver primordiaux.

Des trous noirs nettement moins massifs, qui seraient en fait là aussi des trous de ver, pourraient aussi s’être formés de cette façon ou on pourrait imaginer que l'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/planete/definitions/developpement-durable-eboulement-6515/" class="tooltip-link" data-color="light-green" data-title="Éboulement" data-number data-copy="Un effondrement ou un écroulement est une désolidarisation soudaine et brutale d’une structure naturelle (falaise) ou artificielle (mur, bâtiment) avec chute des matériaux.
Lorsque cet écroulement concerne des roches cohérentes, on peut aussi parler d’éboulement rocheux.
Le résultat de cette… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/f/6/7/f678fd3677_50035322_eboulement-cmic-blog-cc-nc-2.jpg » data-url= »/planete/definitions/developpement-durable-eboulement-6515/ » data-more= »Lire la suite »>effondrement des étoiles ne donne pas toujours des trous noirs mais parfois aussi des trous de ver. Mais comment vérifier ces spéculations ?

Des ondes gravitationnelles caractéristiques pour un couple trou noir-trou de ver

L’astronomie gravitationnelle détient peut-être la réponse. La physique des trous de ver implique, comme pour les trous noirs, des signatures bien particulières dans les spectres des ondes de cette nouvelle astronomie. L’une d’elles vient d’être proposée par une équipe de théoriciens via un article en accès libre sur arXiv.

Les chercheurs ont considéré ce qui se passerait en particulier si un trou de noir et un trou de ver traversable formaient un système binaire. Tout comme dans le cas d’un trou noir binaire, le système émettrait des ondes gravitationnelles emportant de l’énergie et provoquant donc un rapprochement en spirale des deux objets relativistes de plus en plus rapide, accélérant aussi la perte d’énergie. Mais au lieu d’une <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-fusion-15305/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Fusion" data-number data-copy="Le terme de « fusion » désigne un phénomène de changement d’état de la matière, plus exactement le passage de l’état solide à l’état liquide. La transition de phase inverse s’appelle la solidification.
Le point de fusion de l’eau, en d’autres termes la température à laquelle la glace se… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/d/0/7d0df59f3c_82086_fusion.jpg » data-url= »/sciences/definitions/physique-fusion-15305/ » data-more= »Lire la suite »>fusion, le trou noir pourrait traverser le trou de ver pour ressortir de l’autre côté, dans notre Univers ou ailleurs.

L’entrée dans le trou de ver, ou sa sortie, serait déjà de toute façon la cause d’un signal sous forme d’ondes gravitationnelles bien distinct d’une fusion de trou noir bien classique et serait déjà détectable avec Ligo et Virgo, par exemple pour un trou noir de cinq <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-masse-15213/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Masse" data-number data-copy="La masse est une propriété physique fondamentale d’un corps. Elle rend compte, dans une bonne approximation, de la quantité de matière contenue dans ce corps indépendamment de l’endroit où&nbsp;il se trouve.
L’unité de la masse : le kilogramme
La masse se représente par le symbole m et, dans… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/8/4/b/84b0382c5e_80528_masse.jpg » data-url= »/sciences/definitions/physique-masse-15213/ » data-more= »Lire la suite »>masses solaires à plus d’un milliard d’années-lumière de la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-voie-lactee-3729/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Voie lactée" data-number data-copy="La Voie lactée est le nom de notre galaxie. Foyer du Système solaire, elle est de type spiral, s’étend sur environ 100.000 années-lumière et contient 100 à 400 milliards d’étoiles. À cela il faut ajouter au moins autant de planètes.
Depuis la Terre, on ne peut observer qu’une coupe transversale… » data-image= »https://cdn.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/7/7/777b761907_120668_voie-lactee-galaxie.jpg » data-url= »/sciences/definitions/univers-voie-lactee-3729/ » data-more= »Lire la suite »>Voie lactée.

Mais il y aurait mieux. Une fois sorti du trou de ver, le trou noir resterait lié gravitationnellement avec lui et se mettrait à tourner en spirale jusqu’à la retraverser de nouveau. Le phénomène se répéterait jusqu’à ce que les pertes d’énergies sous forme d’ondes gravitationnelles l’amortissent et conduisent le trou noir à rester piégé dans la gorge du trou de ver traversable. Là aussi, un signal bien caractéristique serait produit.

Voilà certainement, si les chercheurs ont raison, de quoi aiguiser l’appétit des membres des collaborations Ligo et Virgo. En rêvant un peu, pourquoi ne pas imaginer la détection de l’ouverture d’un trou de ver par une civilisation E.T. voyageant entre les étoiles ?

Ce qu’il faut retenir

  • Les trous de ver permettraient de voyager dans le temps et dans l’espace entre les étoiles mais il ne s’agit pour le moment que de simples solutions mathématiques des équations de la théorie de la relativité générale découvertes par Albert Einstein, Nathan Rosen et Kip Thorne en particulier.
  • Toutefois, en liaison avec un trou noir et formant un système binaire, ils pourraient être bientôt détectés via des ondes gravitationnelles que peuvent observer Ligo et Virgo.
  • Un scénario en ce sens fait intervenir un trou noir qui finit par être avalé par un trou de ver, ressort de l’autre côté de ce pont entre deux régions de l’espace-temps avant d’être avalé de nouveau, le processus se reproduisant un peu comme le ferait une bille oscillant dans une cuvette avant de s’immobiliser au centre du trou de ver et de cesser d’émettre des ondes gravitationnelles bien caractéristiques.

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