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Les trous de ver

Objets fascinants de l’espace, les trous de ver pourraient se révéler être une porte sur d’autres facettes de l’Univers, voire des multivers. Ils questionnent, turlupinent les astronomes de par leur potentielle présence. Bien qu’aucun trou de ver n’ait encore été observé à l’heure actuelle, de nouvelles recherches et équations feraient état de la grande possibilité que de tels objets puissent exister dans l’espace. Mais alors que sont-ils et quelle serait leur importance pour l’espace ?


Aux prémisses, les trous noirs et les trous blancs


Les trous noirs et blancs, point de départ du trou de ver ? © blogs.futura-sciences.com

Lorsque Albert Einstein émet la théorie de la relativité générale dans les années 1900, il évoque la possibilité que des objets s’apparentant à des trous noirs et des trous blancs existent dans l’Univers. Ces objets célestes mystérieux constituent des failles gravitationnelles suite à l’effondrement d’une étoile desquelles aucune matière ne peut en sortir ou entrer. En effet, toute matière, même le temps, se rapprochant de l’horizon de ces trous (le fameux cercle noir au centre d’un trou) voit le trou se rapetisser et se trouve entièrement dissoute par la gravité et à mesure qu’elle se rapproche de l’horizon.


Si l’on sait que les trous noirs existent bel et bien – un trou noir ayant été observé très récemment – l'existence des trous blancs reste encore à prouver. Dans le cadre de leurs recherches, Albert Einstein et Nathan Rosen étudient minutieusement ces objets des plus mystiques. En inversant leurs équations, ils parviennent à démontrer qu’un trou blanc, à l’inverse du trou noir qui absorbe toute matière dans son champ, rejette toute matière approchant du sien. Les calculs des deux scientifiques amèneront à définir que des « trous » peuvent exister en tant que tels dans l’Univers mais qu’il est impossible de les traverser du fait de l’absorption ou rejet de toute matière.


Leur vient alors une idée d’équation. En utilisant les lois mathématiques qui ont défini les trous noirs et blancs, ils superposent les deux modèles, de façon à représenter une forme de tube. Eurêka ! En étant absorbé par un trou noir d’une part de l’Univers, l’on serait ensuite expulsé par un trou blanc de l’autre côté de l’Univers. Ainsi, le pont Einstein-Rosen (premier nom donné au trou de ver) constituerait un objet permettant de relier deux parties de l’Univers ou même deux Univers distincts. Ces hypothétiques tunnels permettraient de voyager de manière beaucoup plus rapide dans l’Univers. Dans les années 1950, l’astrophysicien John Wheeler donnera le nom de trou de ver (Wormhole), rappelant l’image de Newton de l’asticot qui traverse la pomme en la grignotant. Ainsi est née l’hypothèse selon laquelle des trous de ver pourraient exister dans l’Univers.


Oui mais voilà, en se basant uniquement sur les lois mathématiques existantes, l’on sait que les trous noirs et les trous blancs ne peuvent pas être traversés. Leur horizon empêche en effet toute traversée de matière, et à mesure qu’un vaisseau suffisamment puissant s’approcherait de celui-ci, il verrait alors l’horizon se rétrécir puis dissout par les effets. Alors, comment un trou de ver peut-il être franchi ? Quelles seraient les conditions requises pour un voyage possible à travers un tel objet ?



Le trou de ver de Morris-Thorne


Le modèle de Morris-Thorne ressemblerait à une lentille dans l’espace © astrosurf.com

Malgré les conclusions peu optimistes de Einstein-Rosen, les recherches sur ces objets particulièrement captivants ont perduré pendant des décennies, dans le but de trouver une possibilité que des trous de ver traversables puissent exister dans notre Univers. Quelques critères ont été établis quant aux conditions pour traverser un trou de ver : son horizon doit être absent de façon à pouvoir le traverser ; il doit être stable dans le temps et suffisamment large pour qu’un vaisseau puisse rentrer ; les forces gravitationnelles ne doivent pas être trop prononcées pour que le vaisseau ne s’étire pas et ne soit pas dissout.


Dans les années 1980, deux astrophysiciens, Morris et Thorne, parviennent enfin à définir un modèle de trou de ver répondant favorablement aux lois mathématiques tout en étant suffisamment stable pour qu’on puisse le traverser. Il s’agit jusqu’à alors du modèle le plus abouti pour cet objet spatial. Le trou de ver, en l’occurrence un tube large aux deux extrémités en entonnoir, agirait comme une lentille, de sorte que les rayons lumineux entrant et sortant du trou réfléchiraient de part et d’autre de l’Univers. Ainsi, en s’approchant du trou de ver, l’on pourrait apercevoir l’autre côté de l’Univers. À l’image du trou de ver dans Interstellar (2014, Nolan), le modèle de Morris-Thorne raccourcirait la durée du voyage et donnerait l’impulsion à visiter d’autres zones de l’Univers.


Néanmoins, le modèle bien que stable de Morris-Thorne n’est pas sans faille, et il a été démontré qu’à l’échelle du réel, il est impossible de trouver un tel trou de ver. La force gravitationnelle exercée sur le trou de ver l’amènerait inexorablement à s’effondrer sur lui-même, le rendant inaccessible à sa traversée.



La recherche aujourd’hui : de nouveaux espoirs


La recherche avance et cherche de nouvelles solutions © Pinterest 2021

Si le modèle de Morris-Thorne ne fonctionne pas parfaitement, il jette cependant les bases de la recherche dans de nouveaux domaines. Les calculs pour résoudre la faille de ce modèle a permis d’affirmer que de la matière exotique chargée en énergie négative pourrait permettre à un trou de ver de ne pas s’effondrer sur lui-même et d’exister dans l’Univers. Ce dernier étant chargé d’énergie positive, il faudrait que de l’énergie négative puisse exercer une force contraire et contrecarrer l’effet d’effondrement pour permettre à un tel tunnel d’exister.


De nouveaux domaines de recherche, en particulier la théorie quantique des champs, permet de donner de l’espoir quant à l’existence de ces objets. La relativité générale d’Einstein pose nécessairement les lois qui régissent nos mathématiques, et de fait, les lois de notre nature. Cependant, la quantique constitue une approche nouvelle qui remettrait en question certains aspects de la relativité générale. Entre autres, l’observation à l’état nanoscopique de particules a montré que de l’énergie négative pouvait exister. Par ailleurs, l’étude de la théorique quantique des champs pourrait affirmer que des particules négatives pourraient se trouver dans l’espace-temps, et notamment dans l’énergie sombre (dark matter), matière qu’il est encore à ce jour impossible de définir ni de caractériser. La réponse se trouve alors peut-être dans ce vide, cette matière noire qui remplit la quasi-totalité de notre Univers.


Si la recherche poussée dans ce domaine n’en est qu’à ses balbutiements, des études publiées dressent des modèles qui pourraient exister dans l’Univers. Certains pensent à des trous de ver formés naturellement après le Big Bang, dont des cordes cosmiques permettraient de les stabiliser. D’autres encore tablent sur le fait qu’un voyage dans un trou de ver prendrait quelques secondes depuis un vaisseau, mais prendrait des dizaines de milliers d’années pour un observateur extérieur. Quoi qu’il en soit, ces mystérieux objets questionnent et fascinent depuis toujours, car ils représenteraient une véritable porte ouverte sur l’Univers ou sur d’autres Univers. Alors, existent-ils vraiment ? Et où peuvent-ils bien se cacher ?


- Amandine