Des trous noirs aux trous blancs

Jean-Paul Baquiast 08/01/2016

Image : NewScientist

Nos lecteurs s'intéresseront particulièrement à ces hypothèses, car deux cosmologistes qu'ils connaissent bien notamment par leurs interventions sur notre site Automates Intelligents, y jouent un rôle très important. Il s'agit de Carlo Rovelli, de la faculté d'Aix Marseille, et de Aurélien Barrau, de la faculté de Grenoble.

En simplifiant la question, nous pouvons dire que leurs travaux, menés conjointement avec ceux d'autres théoriciens tel Hal Haggard du Bard College à New York, posent la question de savoir si en conjuguant théorie de la relativité générale et physique quantique, il ne serait pas possible d'éclairer la nature et le devenir des trous noirs. Ceux-ci, dont l'existence n'est plus discutée, posent une question insoluble dans la cadre de la relativité générale : que deviennent-ils lorsque après avoir capturé un nombre immense de particules, leur densité et la force gravitationnelle qui y règne deviennent telles que les lois de la physique, s'appliquant à notre univers, cessent de pouvoir s'exercer dans leur cas ? .Les théoriciens avaient nommé l'état atteint par eux une Singularité, terme qui n'a aucun intérêt en pratique puisqu'il décourage toute recherche ultérieure à ce sujet. Autant parler de mystère divin.

Le concept de Singularité présente cependant un intérêt, puisqu'il est utilisé pour désigner l'état préexistant au Big Bang, état dont serait issu notre univers. Mais il n'éclaire pas plus les questions relatives à l'origine du Bang Bang que celles relatives à l'origine ou au destin final des trous noirs. Dans les hypothèses dites des univers successifs, il est possible de supposer qu'un univers précédant le Big Bang aurait pu à la fin de sa vie se concentrer au point de former un état extrêmement dense (big crunch) dont aurait pu surgir notre propre univers. C'est l'hypothèse du rebond. Dans cette perspective, on peut imaginer que tous les trous noirs observés par nous pourraient à la fin de leur évolution donner naissance par rebond à des bébés-univers, participant d'un multivers que nous n'aurions en principe aucune possibilité d'observer. Encore faudrait-il préciser le mécanisme générateur.

La gravitation quantique à boucle

L'originalité de l'hypothèse formulée par Carlo Rovelli et ses collègues est qu'elle tente une synthèse entre ces deux grands domaines de la physique encore inconciliables, la physique einsténienne et la physique quantique. Carlo Rovelli, un moment associé avec le cosmologiste américain Lee Smolin également souvent cité sur ce site, a imaginé une synthèse entre gravitation et mécanique quantique qu'il a nommé gravitation quantique à boucles. Celle-ci, bien plus qu'un autre type de gravitation quantique dite Théorie des Cordes, pourrait résoudre, y compris un jour expérimentalement, la question de savoir ce qu'il advient du temps et de l'espace einsténiens quand ils atteignent des niveaux extrêmes de concentration. Dans l'hypothèse de la gravitation quantique à boucles, l'espace-temps serait fait de boucles très petites et enchevêtrées. Celles-ci n'apparaissent pas à un observateur éloigné, mais elles constituent des quanta d'un espace-temps ultime, ne pouvant pas être divisées davantage afin de former des éléments encore plus petits. Elles obéissent alors aux lois de la physique quantique.

Carlo Rovelli et Hal Haggard ont étendu en 2014 cette hypothèse à ce qui pourrait se passer à l'intérieur d'un trou noir parvenu à des degrés ultimes de concentration. Au lieu de disparaitre de notre monde physique sous la forme d'une Singularité, l'entassement des boucles en son sein deviendrait tel que le trou noir exploserait, ou plutôt rebondirait en éjectant des quantités considérables de matière. Le mécanisme responsable de ce changement d'état serait « l'effet tunnel » par lequel, au sein d'une réaction de type fusion nucléaire telle qu'elle se produit dans notre soleil, les noyaux d'hydrogène fusionnent en noyaux d'hélium et relâchent ce faisant des photons énergétiques. Le trou noir, pour ce qui le concerne, deviendrait alors un trou blanc (phénomène troublant selon une plaisanterie classique) d'une extrême densité. Le trou blanc renverrait dans l'univers toute la matière qu'il aurait accumulé précédemment. Resterait à préciser à quel moment dans la vie du trounoir et pour quelle raison se déclencherait ce changement d'état

Les flashs d'ondes-radio

Dans le cas de petits trous noirs primordiaux, tels que ceux créés lors du Big Bang, l'éjection de matière pourrait s'accompagner ou prendre la forme de phénomènes très rares observables de la Terre, dits flash d'ondes radio. ( burst of radio waves) Dans le cas de grands trous noirs, elle pourrait aboutir à la création d'un bébé-univers inobservable en principe de la Terre, avec ou sans émission de flashs. Il faut rappeler que dans un trou noir, le temps n'est pas le même que pour un observateur extérieur. Il est très ralenti. La transformation du trou noir en trou blanc pourrait demander des milliers voire des millions d'années, tout en paraissant quasi instantanée, sous forme de flash, à un observatoire terrestre.

Cette hypothèse pourrait permettre d'expliquer l'observation d'un radio flash intense faite le 2 novembre 2012 à l'Observatoire d'Arecibo. Elle pourrait permettre aussi de comprendre la raison d'une douzaine de flashs observés précédemment par l'observatoire Parkes en Nouvelle Galle du Sud (Australie). Elle ne donnerait cependant pas d'explication précise sur le fait que ces flashs n'ont été remarqués à ce jour qu'à l'Observaroire Parkes. Les mêmes hypothèses pourraient permettre d'expliquer certains des phénomènes plus fréquents, mais également mystérieux, dits flashs de rayons gamma, supposés jusqu'à présent provenir des confins de l'univers. Inutile de dire que beaucoup de cosmologistes ne sont pas d'accord avec ces hypothèses. Mais ils n'ont pas encore proposé de théories ou même de possibilités d'expérimentation permettant d'offrir d'autres explications, non seulement aux flashs, mais au destin des trous noirs et finalement aux origines mêmes de notre univers.

Pour notre part, et pas seulement par patriotisme, nous conseillons d'apporter la plus grande attention aux développements des hypothèses de Carlo Rovelli et Aurélien Barrau qui ne manqueront pas de survenir dans les prochains mois.