{"id":11493,"date":"2023-04-14T19:13:51","date_gmt":"2023-04-14T19:13:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.africa-press.net\/djibouti\/politique\/dans-un-trou-noir-lespace-et-le-temps-existent-ils-encore"},"modified":"2023-04-14T19:38:38","modified_gmt":"2023-04-14T19:38:38","slug":"dans-un-trou-noir-lespace-et-le-temps-existent-ils-encore","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.africa-press.net\/djibouti\/toutes-les-actualites\/dans-un-trou-noir-lespace-et-le-temps-existent-ils-encore","title":{"rendered":"Dans un trou noir, l’espace et le temps existent-ils encore ?"},"content":{"rendered":"

Africa-Press – Djibouti. <\/strong><\/span>L’espace et le temps existent-ils encore dans un trou noir ?\u00a0\u00bb, nous demande Sandy Rucheton sur notre page Facebook. C’est notre question de la semaine. Pour y re\u0301pondre, (re)de\u0301couvrez ci-dessous notre article publie\u0301 initialement dans le magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n\u00b0209 (date\u0301 avril\/ juin 2022) et intitule\u0301 \u00ab\u00a0Voyage au centre d’un trou noir : est-ce que le film Interstellar est re\u0301aliste ?\u00a0\u00bb.<\/p>\n

Un trou noir, une machine ou\u0300 le temps et l’espace n’existent plus ?<\/b><\/p>\n

L’une des pe\u0301ripe\u0301ties du film Interstellar (2014) voit l’astronaute Joseph Cooper s’approcher de Gargantua, trou noir central d’une galaxie imaginaire. Il passe sans encombre le disque de matie\u0300re qui ceint l’astre et plonge au-dela\u0300 de ce qu’on appelle son horizon des e\u0301ve\u0301nements, seuil de la re\u0301gion qui l’entoure d’ou\u0300 rien ne peut s’e\u0301chapper, pas me\u0302me la lumie\u0300re. Cooper est alors brinquebale\u0301 vers le centre de l’objet ce\u0301leste, que Christopher Nolan, le re\u0301alisateur, de\u0301crit comme une machine ou\u0300 le temps et l’espace n’existent plus…<\/p>\n

Un sce\u0301nario re\u0301aliste ? Peut-e\u0302tre… ou peut-e\u0302tre pas. Car, surchauffe\u0301 a\u0300 des millions de degre\u0301s, le disque de matie\u0300re qui gravite ge\u0301ne\u0301ralement autour de tels trous noirs supermassifs e\u0301met des rayons X de\u0301le\u0301te\u0300res. \u00ab\u00a0Sauf si ce disque ne s’e\u0301tait pas alimente\u0301 en matie\u0300re exte\u0301rieure depuis des millions d’anne\u0301es, ce qui est peu probable, Cooper serait a\u0300 coup su\u0302r grille\u0301 avant d’aller plus loin ! commente Alain Riazuelo, chercheur a\u0300 l’Institut d’astrophysique de Paris. Le film a cependant raison sur un point : Cooper ne sentirait pas l’effet des forces de mare\u0301e, ine\u0301vitable.\u00a0\u00bb<\/p>\n

\u00ab\u00a0L’espace entre l’horizon et le centre est donc… vide\u00a0\u00bb<\/b><\/p>\n

Les forces de mare\u0301e, ce sont les effets dus a\u0300 l’attraction diffe\u0301rentielle des points d’un solide : par exemple, la Lune attire davantage le co\u0302te\u0301 le plus proche de notre plane\u0300te que son centre, et encore plus que le point oppose\u0301. La Terre est e\u0301tire\u0301e dans le sens de l’axe Terre-Lune. Dans le cas d’un trou noir, la puissance de cet effet de\u0301termine l’e\u0301tirement du corps qui s’en approche, un phe\u0301nome\u0300ne que le physicien Stephen Hawking a appele\u0301 spaghettification. S’il s’agit d’un trou noir d’une a\u0300 dix masses solaires, le proble\u0300me est vite re\u0301gle\u0301 : les effets de mare\u0301e de\u0301chirent tout corps constitue\u0301 bien avant qu’il n’atteigne l’horizon des e\u0301ve\u0301nements.<\/p>\n

En revanche, pre\u0300s de l’horizon d’un trou noir de 225 millions de masses solaires tel que Gargantua, les forces de mare\u0301e se font encore peu sentir, car leur intensite\u0301 varie en proportion inverse du carre\u0301 de la masse centrale. Cooper peut traverser l’horizon sans me\u0302me s’en rendre compte ! \u00ab\u00a0C’est comme e\u0301mettre un che\u0300que, sourit Alain Riazuelo. On ne prend conscience du pre\u0301le\u0300vement qu’apre\u0300s avoir rec\u0327u le releve\u0301 de la banque.\u00a0\u00bb Les signaux que Cooper pourra e\u0301mettre seront de plus en plus faibles a\u0300 mesure qu’il s’approche de l’horizon. Passe\u0301 cette limite, aucun photon ne pourra en parvenir, et l’astronaute deviendra pour toujours invisible aux yeux d’un observateur exte\u0301rieur. Il pourra cependant continuer a\u0300 recevoir des messages.<\/p>\n

Pour le he\u0301ros d’Interstellar, s’en suit une chute vertigineuse vers le c\u0153ur de l’astre. Dans la re\u0301alite\u0301, elle se de\u0301roulerait tout autrement. \u00ab\u00a0Rien ne re\u0301siste a\u0300 l’attraction immense du centre, de\u0301crit E\u0301ric Gourgoulhon, directeur de recherche a\u0300 l’observatoire de Meudon. Tout tombe tre\u0300s vite vers lui. L’espace entre l’horizon et le centre est donc… vide.\u00a0\u00bb<\/p>\n

Et ensuite ? Myste\u0300re. Ce qui se passe au centre demeure une e\u0301nigme. Car les trous noirs restent une des curiosite\u0301s les plus de\u0301concertantes de notre Univers. Les plus massifs comme Gargantua, qui sie\u0300gent au centre des galaxies, se sont forme\u0301s en me\u0302me temps que leur galaxie-ho\u0302te. Ceux dont la masse se situe entre 1 et 10 masses solaires sont la forme ultime d’une e\u0301toile massive en fin de vie. Quand celle-ci explose en supernova, son c\u0153ur se contracte tellement qu’aucune force nucle\u0301aire ne peut plus assurer la cohe\u0301sion des atomes. Le c\u0153ur s’effondre irre\u0301me\u0301diablement. \u00ab\u00a0Selon les e\u0301quations de la relativite\u0301 ge\u0301ne\u0301rale, mise au point par Albert Einstein en 1915, l’effondrement aboutit a\u0300 un endroit de densite\u0301 et courbure infinies, ce que les mathe\u0301maticiens appellent une singularite\u0301\u00a0\u00bb, rappelle E\u0301ric Gourgoulhon.<\/p>\n

Le trou noir, un objet ce\u0301leste e\u0301ternel ?<\/b><\/p>\n

Ce lieu peut avoir plusieurs formes selon la sophistication des mode\u0300les. Le plus simple – mais le moins re\u0301aliste ! – est un trou noir statique qui n’avale aucune matie\u0300re. Il est dit de Schwarzschild, du nom du physicien allemand qui en avanc\u0327a le premier l’hypothe\u0300se. En ce cas, le centre du trou noir est un point de densite\u0301 infinie. Une description bien plus re\u0301aliste est a\u0300 porter au cre\u0301dit du Ne\u0301o-Ze\u0301landais Roy Kerr et de l’Ame\u0301ricain Ezra Newman qui, en 1963 pour le premier et 1965 pour le second, envisage\u0300rent le cas d\u2019un trou noir en rotation et de charge e\u0301lectrique non nulle, proposition qui pre\u0301sente cependant elle aussi un de\u0301faut : elle suppose que le trou noir n\u2019a pas e\u0301te\u0301 cre\u0301e\u0301 et ne rec\u0327oit pas de matie\u0300re. Bref, qu\u2019il est e\u0301ternel.<\/p>\n

Dans ce mode\u0300le, la singularite\u0301 n\u2019est plus un point mais un anneau \u2013 une the\u0301orie qui suscitera les ide\u0301es les plus farfelues, comme les \u00ab\u00a0trous de ver\u00a0\u00bb, tunnels reliant deux points de l\u2019espace-temps, ou le passage d\u2019un univers a\u0300 un autre. Aborder cet anneau est tre\u0300s difficile, car plus on s\u2019approche du centre, plus la vitesse de rotation est grande. Et avec elle, les forces centrifuges qui tendent a\u0300 repousser la particule qui s\u2019approche. Il arrive alors une zone, l\u2019horizon de Cauchy, ou\u0300 les forces centrifuges l\u2019emportent. Tout ce qui s\u2019approche est rejete\u0301 vers l\u2019exte\u0301rieur. C\u2019est un mur de rayonnement infranchissable. Dans le cas de notre astronaute interstellaire, \u00ab\u00a0Cooper devrait alors recevoir une quantite\u0301 de rayonnement infini en un temps infiniment bref\u00a0\u00bb, assure Alain Riazuelo.<\/p>\n

Cependant, aucun de ces mode\u0300les ne permet aux physiciens de se de\u0301barrasser de la singularite\u0301. Ce qui leur pose proble\u0300me, car ils ne savent pas jongler avec des caracte\u0301ristiques infinies. De plus, ils reconnaissent que leur description du centre du trou noir est fausse, car elle ne se base que sur la the\u0301orie de la relativite\u0301 ge\u0301ne\u0301rale, qui ne peut s’appliquer a\u0300 ces densite\u0301s extre\u0302mes. Re\u0300gne alors en mai\u0302tresse la physique des particules, de\u0301crite par la me\u0301canique quantique, une the\u0301orie probabiliste. Selon les calculs d’Alain Riazuelo, pour un trou noir d’une masse solaire, ces effets quantiques interviennent 10-24 seconde avant d’atteindre la singularite\u0301.<\/p>\n

Voyager dans le temps ?<\/b><\/p>\n

Pour re\u0301concilier ces deux s\u0153urs ennemies de la physique, certains astrophysiciens tentent depuis les anne\u0301es 1960 d’e\u0301laborer la the\u0301orie des cordes, dans laquelle les particules ne sont plus ponctuelles mais ressemblent a\u0300 des cordes, a\u0300 une dimension. D’autres, comme Carlo Rovelli ou Aure\u0301lien Barrau, construisent une the\u0301orie de la gravitation quantique a\u0300 boucles, dans laquelle l’espace-temps est granulaire. La taille du plus petit e\u0301le\u0301ment est alors l’e\u0301chelle de Planck, soit 10-35 me\u0300tre, longueur a\u0300 laquelle la the\u0301orie de la gravitation cesse de s’appliquer. L’espace-temps n’e\u0301tant plus continu comme dans la relativite\u0301 ge\u0301ne\u0301rale, il n’est plus question de singularite\u0301 de densite\u0301 infinie. Reste cependant a\u0300 construire une the\u0301orie pre\u0301dictive et a\u0300 la ve\u0301rifier par de multiples tests. Cooper parviendrait-il alors a\u0300 voyager dans le temps, comme le pense Christopher Nolan ? Peut-e\u0302tre ! Il rejoindrait alors Buzz l’E\u0301clair \u00ab\u00a0vers l’infini… et au-dela\u0300\u00a0\u00bb.<\/p>\n

Les formes du trou noir<\/b><\/p>\n

Pour un observateur exte\u0301rieur, le trou noir est de\u0301limite\u0301 par son horizon des e\u0301ve\u0301nements : au-dela\u0300 de cette limite, aucun objet, ne serait-ce qu’un photon, ne peut en ressortir. Cet horizon pre\u0301sente une forme quasiment sphe\u0301rique – plus le trou noir tourne vite, plus cette sphe\u0300re s’aplatit. Son rayon est proportionnel a\u0300 la masse de l’objet central. Pour un trou noir d’une masse solaire, il mesure 3 kilome\u0300tres. Pour Gargantua, de 225 millions de masses solaires, il serait de 775 millions de kilome\u0300tres. A\u0300 l’e\u0301chelle du Syste\u0300me solaire, il engloberait tout jusqu’a\u0300 Jupiter !<\/p>\n

Par ailleurs, a\u0300 l’inte\u0301rieur du trou noir, l’espace est comple\u0300tement perturbe\u0301. En effet, la courbure de l’espace-temps y est extre\u0302me : la notion de distance au centre n’est plus pertinente. \u00ab\u00a0C’est comme une bouteille vue du dessus, pre\u0301vient Carlo Rovelli, professeur a\u0300 l’Universite\u0301 Aix-Marseille. L’observateur exte\u0301rieur ne voit que le bouchon alors que le volume inte\u0301rieur est bien plus grand.\u00a0\u00bb Cette notion de volume est a\u0300 manier avec prudence, car elle ne s’entend que pour des objets statiques l’un par rapport a\u0300 l’autre. Or, dans un trou noir, tout tombe vers le centre… Tout est donc en mouvement.<\/p>\n

Un trou noir est de\u0301limite\u0301 par son horizon des e\u0301ve\u0301nements (en bleu), en dec\u0327a\u0300 duquel aucune particule ne peut ressortir. Ses autres couches de\u0301pendent de sa vitesse de rotation. Pour un trou noir statique (en haut), le centre est un point de densite\u0301 infinie (en rouge). Pour un trou noir tournant a\u0300 la moitie\u0301 de la vitesse de la lumie\u0300re (au milieu) ou a\u0300 90% de la vitesse de la lumie\u0300re (en bas), le point se transforme en anneau et on note un autre horizon, celui de Cauchy, sur lequel les particules butent du fait des e\u0301normes forces centrifuges. Cre\u0301dits : R. T. CAVALCANTI, SAGEMANIFOLDS PROJECT<\/p>\n

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