10 - A l'intérieur du trou noir !

L'image ci-dessus représente l'intérieur d'un trou noir !

Bon, blague mise à part, au moment de franchir l'horizon du trou noir, en regardant en arrière, c'est à dire d'où nous viendrions, nous verrions ceci.

D'un côté, à gauche, le trou noir, à droite le ciel dont on ne voit plus rien car les étoiles lointaines sont tellement décalées vers le rouge qu'on ne peut plus les voir, et entre les deux, les étoiles proches dont les rayons lumineux sont tellement détournées par le trou noir qu'on a l'impression que leur lumière nous encercle.

 

 

 

D'un autre côté puisque rien ne peut s'échapper d'un trou noir, pas même la lumière, nous n'avons jamais pu voir l'intérieur d'un trou noir, donc nous ne savons pas ce qu'il y a, ni ce qu'il s'y passe.

Que se passe-t-il à l'intérieur du trou noir, d'ailleurs pas si noir que cela puisque, nous l'avons vu, il y a un formidable halo lumineux tout autour et que des morceaux d'étoiles déchiquetées fusent en jets de lumière extrêmement puissants.

Un trou noir en action émettant des rayons gamma

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Le trou noir au centre de Centaurus A

source : http://www.astrosurf.com/luxorion/trounoir7.htm

Ensuite ce n'est pas non plus un "trou". C'est au contraire un objet plutôt petit mais d'une densité incroyable dont l'effet gravitationnel est tel que rien n'arrive à s'en échapper, une fois son horizon franchi, pas même ce qu'il y a de plus rapide : la lumière.

Étoiles tournant autour du trou noir (situé par la croix) au centre de notre Galaxie

Alors, comment savoir ce qu'il se passe une fois cet horizon franchi ? C'est la difficulté mais comme nous connaissons les lois qui régissent la nature et d'après la théorie de la relativité générale, il est possible de l'imaginer et les calculs permettent de tester la validité des hypothèses. Comme vous pouvez l'imaginer ce sont des calculs extrêmement complexes que seuls quelques spécialistes sont capables d'effectuer.

Le trou noir avale toute la matière qui s'approche trop près. Cette matière fait augmenter la masse du trou noir. Or, rappelez-vous, plus un objet est massif plus il courbe l'espace-temps.

Cependant comme une masse trop lourde sur une toile tendue finirait par la déchirer, un trou noir à la fois petit et hyper massif, courbe de plus en plus l'espace-temps autour de lui. Et plus il se courbe, plus il devient dense et plus il devient dense plus il se courbe ! C'est un cercle vicieux qui finit par un effondrement.

A un certain moment l'espace est tellement courbé qu'il n'est plus qu'un point, et le temps est tellement contracté qu'il … s'arrête !! Nous sommes arrivés à ce que les physiciens appellent une "singularité".

Les équations mathématiques de la relativité générale d'Einstein conduisent à cette singularité, mais arrivé à ce moment, les solutions de ces équations conduisent à des infinis, ce qui signifie que la courbure est totale, autrement dit que l'espace et le temps n'existent plus à l'intérieur de cette singularité. Cela signifie donc qu'arrivé à ce stade, la théorie de la relativité générale, qui s'appuie sur l'espace et le temps ne peut plus s'appliquer !

Qu'est-ce que cela signifie vraiment ? Cela signifie que la théorie de la relativité générale est, encore une fois, une théorie incomplète. De la même façon que la théorie de la gravité élaborée par Newton nous a permis de comprendre comment se mouvaient les étoiles, à quelques détails près, et qu'elle nous a suffi jusqu'au début du 20ème siècle, la théorie de la relativité générale d'Einstein a complété celle de Newton et a permis de comprendre les quelques détails qui ne fonctionnaient pas avec la théorie de Newton, plus un certain nombre d'autres choses.

Newton et Einstein

Maintenant nous sommes arrivés aux limites de la théorie de la relativité générale et il va falloir trouver une nouvelle théorie pour pouvoir aller plus loin et comprendre les trous noirs et certaines autres questions actuellement sans réponse. De nombreuses théories s'y efforcent. Je vous parlerai plus tard des plus élaborées et plausibles.

Pour cela il est nécessaire d'utiliser un autre aspect de la physique. L'Univers est composé de matière. Les éléments les plus petits connus actuellement sont les "particules" élémentaires, comme le photon, les électrons et les quarks. Vous imaginez facilement que la taille de ces "particules" n'a rien à voir avec celle des étoiles ou des galaxies, même si ces étoiles et ces galaxies sont entièrement constituées de ces particules, comme toute la matière d'ailleurs, dont nous-mêmes.

équivaut à 1 milliardième de mm

équivaut à 1 millionième de milliardième de mm

Seulement voilà, ces particules extrêmement minuscules n'obéissent pas aux mêmes lois physiques que la matière "macroscopique", c'est à dire la matière à notre échelle. Elles obéissent à une physique particulière, la physique des particules ou autrement appelée physique quantique.

Pour comprendre ce qui se passe au cœur d'un trou noir, au niveau de la singularité, qui, je vous le rappelle, implique un espace extrêmement minuscule et un temps arrêté, il faut faire appel justement à la physique quantique. Donc nous avons d'un côté la relativité générale qui explique les mouvements des étoiles et des galaxies jusqu'au trou noir et puis de l'autre côté, la physique quantique qui explique ce qui se passe au niveau le plus minuscule qui soit, comme au moment d'une singularité. Comment concilier les deux ?

Le célèbre astrophysicien anglais, Stephen Hawking, qui s'appuie justement sur la physique quantique, et sans entrer dans les détails techniques, dit qu'un trou noir "s'évapore" ! Cela va conduire au bout d'un temps particulièrement long à ce que le trou noir disparaisse. Il estime que pour un trou noir d'une masse équivalente à plusieurs fois la masse du Soleil, l'évaporation pourrait durer environ mille milliards de milliards de milliards de milliards de milliards de milliards de milliards d'années (un 1 suivi de 66 zéros) !

Stephen Hawking

Et cela pose encore une autre question. Selon une loi de la physique aucune information ne peut se perdre. Elle peut être transformée mais elle ne peut pas se perdre. Or si la matière, donc les informations qu'elle contient, sont englouties dans le trou noir et si le trou finit par s'évaporer, que deviennent les informations qu'il contenait ? Cette question n'a pas de réponse à l'heure actuelle.

C'est pour cela que certains astrophysiciens émettent l'hypothèse qu'un trou noir "aurait" une sortie vers … un trou blanc ou "fontaine blanche" ! Et que serait un trou blanc ? En une phrase, pour éviter de rentrer dans des détails trop techniques, un trou blanc équivaudrait au big bang, c'est à dire à la "naissance" d'un autre univers, différent du nôtre !!!

Un trou blanc visible au fond du trou noir

D'autres encore émettent une autre hypothèse dont vous avez sûrement entendu parler, celle des trous de ver. Qu'est un trou de ver ? Ce serait un passage à partir d'un trou noir vers un trou blanc qui permettrait d'aller d'un univers, le nôtre, vers un autre, ou même, selon certains, d'aller de notre présent vers le futur, en profitant de la courbure de l'espace-temps ! Quand je vous disais, dans ma première note, que nous allions visiter un monde au moins aussi extraordinaire que celui d'Alice au pays des merveilles.

Un trou de ver

Passage d'un univers à un autre

Un trou de ver temporel

L'enjeu actuel des physiciens consiste donc à trouver une nouvelle théorie, qui permettrait de concilier la théorie de la relativité avec celle de la physique quantique, théorie que certains appellent "théorie du tout". Pour l'instant personne n'a réussi. Il existe certaines théories qui essaient d'expliquer l'Univers d'une autre façon. Les plus célèbres, parce que s'appuyant sur des calculs extrêmement complexes et sérieux, sont la "théorie des cordes" et la théorie de la "gravitation quantique à boucles". Il en existe d'autres tout aussi sérieuses mais qui n'ont pas la même faveur des physiciens.

Simplement pour l'anecdote, la théorie des cordes stipule que l'Univers ne serait pas composer de 4 dimensions mais de 10 ! Les 6 autres seraient trop petites pour qu'on puisse les voir. C'est une théorie qui stipule également qu'il y aurait d'autres univers. Même si cela paraît être le cas, ce n'est pas une théorie farfelue ; c'est une théorie qui a actuellement la faveur de très nombreux physiciens.

Je vous parlerai plus tard de la physique quantique et de ses merveilles ainsi que de ces nouvelles théories qui cherchent à comprendre toujours davantage notre Univers.

Toutefois sachez que ces nouvelles théories, même si elles sont très sérieuses, ne sont que des hypothèses issues de calculs mathématiques qu'aucune observation n'est pour l'instant venue vérifier ...

Dans la prochaine note, nous nous éloignerons du trou noir pour continuer notre voyage au-delà de notre Galaxie.

 

A très bientôt .