Trou noir, trou cosmique

Ken Tapping, le 28 mai 2014

Dans le ciel cette semaine…

  • Jupiter disparaît peu après le coucher du Soleil, laissant Saturne et Mars luire au sud.
  • Vénus flotte bas à l’horizon à l’aube.
  • Nouvelle lune le 28.

Grâce aux films et aux émissions de science-fiction à la télévision, les trous noirs et les trous cosmiques (aussi appelés trous de ver ou tunnels cosmiques) sont des phénomènes assez connus. Alors que les premiers sont à éviter, les seconds constitueraient des raccourcis vers d’autres régions de l’univers, voire d’autres univers. Aujourd’hui, nous sommes pratiquement certains que la plupart des galaxies abritent en leur centre de grands trous noirs, et bien qu’aucun trou cosmique n’ait encore été observé, les théories scientifiques expliquant les trous noirs présupposent aussi l’existence de ces trous.

Isaac Newton nous a brossé un portrait rassurant de l’univers, où le temps et l’espace sont absolus et appréhendés de manière identique par tous. Einstein et d’autres scientifiques ont toutefois jeté un pavé dans la mare. Le temps et l’espace varient selon les conditions où nous nous trouvons et la vitesse à laquelle nous nous déplaçons. Heureusement, la conception de Newton tient bon dans la vie de tous les jours, mais nombre d’expériences menées dans des laboratoires, des aéronefs et des satellites ainsi que dans l’espace montrent qu’Einstein avait finalement raison.

L’attraction gravitationnelle exercée par des corps massifs déformerait le tissu espace-temps, tout comme une feuille de papier se creuse sous le poids d’un objet. Deux facteurs déterminent la profondeur de la déformation : la masse de l’objet et sa taille. Ainsi, une bille en plomb de 10 kg fera une dépression plus profonde et moins étendue que celle d’une sphère de bois de 10 kg. La profondeur et la taille de la déformation sont analogues à la gravité.

Les horloges tournent plus lentement à la surface de la Terre que dans l’espace, loin de la gravité terrestre. Vu la taille et la masse de la Terre, l’écart est ténu. Toutefois, si l’on comprimait notre planète en une sphère minuscule, la nouvelle force d’attraction gravitationnelle à sa surface multiplierait l’effet de distorsion. Si la Terre était réduite à un diamètre d’un millimètre, la distorsion deviendrait absolue. Le temps à l’intérieur de cette Terre serait d’une lenteur infinie comparativement à l’extérieur. Pour gravir une échelle dans la sphère, il faudrait des millions ou des milliards d’années, voire l’éternité, comme il est mesuré ailleurs dans l’univers. On ne verrait jamais l’observateur parvenir au sommet de l’échelle. Même la lumière ne pourrait s’échapper. La Terre serait devenue un trou noir.

Les trous noirs se forment de deux façons. Le noyau d’une étoile massive (plusieurs fois la masse du Soleil) peut, après avoir perdu son manteau externe, se comprimer jusqu’à former un trou noir de quelques kilomètres de diamètre. L’autre façon consiste pour un objet céleste à engloutir sans fin de la matière se trouvant dans son voisinage jusqu’à ce qu’il atteigne une masse suffisante pour se compacter en un trou noir. C’est probablement le mécanisme à l’origine des immenses trous noirs qui se cachent au cœur de nombreuses galaxies, là où il y a abondance de matière à engloutir. Nous avons pu observer le trou noir au centre de notre propre galaxie avaler des nuages de gaz ou de poussières, des étoiles et probablement des planètes.

Selon l’état actuel de nos connaissances, si un trou noir absorbe suffisamment de matière, la force de compression qu’il subit devient irrépressible. Un objet pourrait donc se contracter jusqu’au néant. Une autre théorie veut que la matière se contracte de manière absolue jusqu’à réémerger ailleurs dans l’univers, transformant le trou noir en l’extrémité d’un trou cosmique.

Ces trous cosmiques ne pourraient toutefois être utilisés pour les voyages intersidéraux. En effet, cela reviendrait à tomber dans un trou noir. Les forces gravitationnelles extrêmes nous déchireraient en un nuage d’atomes. Personne ne pourrait survivre pour voir l’intérieur d’un trou noir ou admirer le paysage à la sortie du trou cosmique, où nous émergerions sous forme de radiations et de particules, laissant perplexes les astronomes extraterrestres qui en seraient témoins.

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

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