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Lorsque deux trous de ver entrent en collision, ils peuvent produire des ondulations dans l’espace-temps qui ricochent d’eux-mêmes. Les futurs instruments pourraient détecter ces « échos gravitationnels », apportant la preuve que ces tunnels hypothétiques à travers l’espace-temps existent réellement, suggère un nouvel article.

L’observatoire à ondes gravitationnelles à interféromètre laser (LIGO) a déjà détecté des ondulations spatio-temporelles, appelées ondes gravitationnelles, provenant de la fusion de trous noirs – des découvertes qui ont conduit au Prix Nobel en 2017. Mais si la détection de LIGO n’était qu’une des nombreuses observations soutenant l’existence de trous noirs, ces objets exotiques posent toujours des problèmes théoriques. Par exemple, ils semblent être incompatibles avec les lois de la mécanique quantique. Une façon de résoudre ces problèmes est de savoir si les trous noirs étaient en fait des trous de ver.

Point de non-retour

L’une des principales caractéristiques des trous noirs est l’horizon des événements, une région de l’espace-temps au-delà de laquelle rien ne peut s’échapper, même pas la lumière. Si vous jetez quelque chose dans un trou noir, il est perdu pour toujours – dans une certaine mesure. Stephen Hawking a découvert que grâce à un phénomène connu sous le nom de tunnel quantique, les trous noirs pouvaient en réalité produire un tout petit peu de rayonnement, qui serait connu sous le nom de rayonnement de Hawking. Les trous noirs pourraient même s’évaporer à cause de ce rayonnement.

« Mais ce qui sort est aléatoire », a déclaré Amber Stuver, un astrophysicien à l’Université Villanova en Pennsylvanie, qui n’a pas été impliqué dans cette nouvelle recherche. Le rayonnement ne contient aucune indication quant à ce qui est entré dans le trou noir. « En mécanique quantique, si vous savez tout sur un système particulier, alors vous devriez être capable de décrire son passé et son avenir », a-t-elle expliqué. Mais parce que toute information qui entre dans un trou noir est définitivement perdue, un horizon d’événements ne coïncide pas avec la mécanique quantique.

Pour résoudre ce paradoxe de l’information, certains physiciens ont suggéré que les horizons d’événements n’existent pas. Au lieu d’abîmes où rien ne peut revenir, les trous noirs pourraient être une multitude d’objets spéculatifs de « type trou noir », dépourvus d’horizons tels que des étoiles de boson, des gravastars et même des trous de ver; lesquels ont été théorisés par Albert Einstein et le physicien Nathan Rosen – il y a des décennies.

Les sosies de trous noirs

Dans une étude de 2016 dans la revue Physical Review Letters, les physiciens ont émis l’hypothèse que si deux trous de ver entraient en collision, ils produiraient des ondes gravitationnelles très similaires à celles générées par la fusion des trous noirs. La seule différence dans le signal serait dans la dernière phase de la fusion, appelée le « ringdown », lorsque le trou noir nouvellement combiné ou trou de ver se détend dans son état final.

Parce que les trous de ver n’ont pas d’horizons d’événements, les ondes gravitationnelles qui heurtent ces objets pourraient rebondir, produisant un écho pendant le « ringdown ». « L’intérieur de l’objet est une sorte de cavité où les ondes gravitationnelles sont réfléchies », ont déclaré les chercheurs. « La production d’échos gravitationnels n’est pas très différente des échos sonores ordinaires. »

Dans cet article, publié en janvier dans la revue Physical Review D, l’équipe de physiciens belges et espagnols a analysé les trous de ver qui tournent, qui sont plus réalistes que la variété non filante étudiée dans le travail de 2016. Ils ont calculé ce que le signal d’ondes gravitationnelles résultantes ressemblerait à des trous de ver qui fusionnaient.

Comme la puissance du signal diminue pendant le « ringdown », cette section du signal serait trop faible pour que la configuration actuelle de LIGO puisse détecter. Mais cela pourrait changer à l’avenir, alors que les chercheurs continuent de mettre à jour et d’affiner l’instrument, selon les chercheurs. « Au moment où nous fonctionnons à plein régime, je crois qu’il peut être possible de résoudre la phase de « ringdown » où ces échos sont prévus, » a déclaré Stuver, qui est également membre de l’équipe LIGO.

Une matière exotique 

Pourtant les trous de ver sont moins un fait scientifique que la science-fiction, lesquels sont souvent utilisés dans les films et les livres comme autoroutes intergalactiques. Pour que les trous de ver soient traversables, vous auriez probablement besoin d’une matière exotique inconnue pour les garder ouverts. En décembre dernier, les physiciens ont inventé des trous de ver traversables qui n’ont pas besoin de matière exotique, mais, comme tous les trous de ver, ils sont hautement spéculatifs.

« D’un autre côté, les répercussions d’une détection d’échos seraient d’une importance inégalée en physique », expliquent les chercheurs. « Donc, étant donné qu’un test expérimental réel sera bientôt disponible, il vaut la peine de les explorer. »

« Il est maintenant temps de prendre au sérieux la possibilité qu’il existe d’autres objets aussi massifs et compacts que les trous noirs », a déclaré Vitor Cardoso, physicien à l’Université de Lisbonne au Portugal, qui participait à une étude antérieure sur le non-pivotement des trous de ver. « C’est l’une des choses les plus excitantes que nous puissions faire avec les ondes gravitationnelles. »

Source : Live Science