Trous blancs et matière noire.

La semaine dernière nous explorions, dans « Univers et masse négative, un poids en moins » (1), la possibilité que la matière noire soit en fait un flux de matière « négative » constamment restituée par l’Univers. Cette matière, de masse négative donc de gravité négative donc répulsive ou « anti-gravitationnelle » au sens classique du terme, expliquerait les phénomènes type expansion de l’Univers ou effet de halo des galaxies.

Étrange, mais voici de l’encore plus étrange qui pourrait, peut-être, avoir un lien avec ce flux mystérieux de matière négative. Voici les trous blancs, et cela semble même plus fort que le meilleur calva (2).

En SF, le trou blanc est l’opposé du trou noir, là où la matière engloutie par ce dernier ressort quelque part dans l’Univers, ou dans un univers parallèle. Le lien entre les deux serait constitué des fameux « trous de ver » permettant d’inventer des histoires de voyages intergalactiques via ces chemins de traverse. Voir l’article « Trous de vers dans l’Univers » sur ce blog pour une mise en contexte (3). La science a tendance à une certaine sobriété en matière de trous de vers car l’énergie requise pour ouvrir un tel trou, assez longtemps et de taille suffisante pour faire passer quelqu’un, est tellement colossale qu’autant laisser tomber tout de suite.

Pareil pour les trous blancs, une entité qui ne pose pas de problème théorique au sens ou, comme les trous noirs, c’est parfaitement compatible avec la théorie de la relativité mais, tout comme les singularités supposées par Einstein au cœur des trous noirs, on ne voit pas bien à quoi cela peut correspondre dans la réalité. Mais les choses ont pas mal avancé depuis, avec d’un côté la radiation de Hawking impliquant qu’un trou noir ne peut être éternel, de l’autre la physique quantique qui implique que l’information associée à la matière avalée par un trou noir ne peut être perdue, donc il ne peut y avoir une singularité faisait tout disparaître dans un néant définitif. Voir « La bataille de l’information des trous noirs » (4) sur ce même blog.

Mais le trou blanc fait un come back dans le cadre d’une théorie quantique de l’Univers proposée, notamment, par Carlo Rovelli (5). La théorie quantique a établi l’aspect discrétionnaire de l’énergie, ce qui explique par exemple que l’énergie d’un électron change par étapes et ne peut descendre sous un certain seuil. Ce même effet interdit la formation d’une zone de densité infinie au sein d’un trou noir, et interdit donc l’hypothèse de la singularité dans laquelle tout s’accumulerait indéfiniment et définitivement.

Selon cette théorie quantique de la gravité, la densité de matière pouvant s’accumuler a une limite maximale, un état super-dense appelé étoile de Planck. Que ce passe t’il si la matière continue à arriver, comme dans un trou noir? Elle fait ce que fait toute matière qui arrive sur un obstacle, elle rebondit. Mais elle ne peut pas « remonter » le trou noir et c’est alors, toujours selon Rovelli et la théorie de la gravité quantique, la structure même de l’espace-temps qui traverse le centre du trou noir et crée de l’autre côté une nouvelle région de l’espace-temps dans lequel rebondit cette matière, autrement dit un trou blanc.

Pause calva.

Mais alors il doit y avoir un trou de ver conséquent reliant le trou noir au trou blanc, chose à priori peu crédible? Pas dans ce cas-ci, le trou blanc se trouverait au même endroit que le trou noir, mais dans le futur. Ceci est tout à fait compatible avec la relativité, l’élasticité de l’espace-temps permettant que « l’autre côté » physique d’un trou noir se situe simplement dans son avenir. Cette entité « trou » aurait donc deux vies, l’une en tant que trou noir l’autre en tant que trou blanc. Mais de quelle durée serait cette vie, et pouvons nous identifier des objets célestes assimilables à des trous blancs?

La durée de vie doit prendre en compte l’effet tunnel, un phénomène tout à fait réel mais seulement explicable en termes de physique quantique, permettant par exemple la désintégration d’une substance radioactive mais c’est très lent – ce qui explique que les déchets radioactifs le restent très longtemps, mais c’est une autre histoire. Au cours de sa première vie le trou noir grossit puis, ayant tout dévoré autour de lui, s’évapore et rapetisse. C’est dans cette phase que la probabilité de l’effet tunnel augmente, transformant alors le trou noir en trou blanc.

Il y a un problème évident: les trous noirs que nous observons sont vieux de plusieurs millions voire milliards d’années. Leur centre a dépassé la limite de densité maximale depuis longtemps, alors où se trouve la matière ayant rebondit depuis le centre? Quel fait-elle pendant tout ce temps? La réponse se trouve dans l’élasticité du temps, qui ralentit inversement à la force de la gravité.

Nous savons que le temps ralentit plus on s’éloigne de la surface terrestre par exemple, un phénomène parfaitement décrit par la relativité. C’est magnifiquement illustré dans la séquence du film Interstellar où la navette se pose quelques heures sur la planète océan très proche du trou noir Gargantua avant de rejoindre son vaisseau, où 23 années sont passées… Dans le trou noir, l’immense force gravitationnelle accélère le temps relativement à un observateur qui reste à l’extérieur (nous). La matière qui entre dans le trou rebondit à la même vitesse relative au trou noir, mais pour nous le temps est extrêmement dilaté et la transformation prends des millions ou milliards d’années.

Devrions-nous alors voir des trous blancs, les plus vieux trous noirs ayant eu le temps de se transformer? On ignore le temps de vie d’un trou noir, mais on peut calculer le temps long pour un trou noir d’une certaine masse, qui correspond au temps d’évaporation via la radiation de Hawking. Si de tels trous se sont formés vers le début de la vie de l’Univers, ils devraient aujourd’hui être transformés en trous blancs, dont la plus petite taille serait de la longueur de Planck et le poids de l’ordre du microgramme. En effet la densité trou noir/trou blanc est la même au même moment de leur évolution en miroir (l’un se remplit, l’autre se vide).

Avons-nous quelque chose qui a une masse mais dont nous ne voyons pas l’origine? Bien sûr que oui, la matière noire. Le flux matière noire / énergie noire décrit en (1), nécessitant une alimentation constante afin de maintenir la densité nécessaire à la force derrière l’expansion de l’Unviers, serait-il issu d’une matrice de myriades de minuscules trous blancs? Troublant.

Liens et sources

(1) https://zerhubarbeblog.net/2018/12/07/univers-et-masse-negative-un-poids-en-moins/

(2) https://www.newscientist.com/article/mg24032080-100-if-you-think-black-holes-are-strange-white-holes-will-blow-your-mind/

(3) https://zerhubarbeblog.net/2012/03/15/trous-de-vers-dans-lunivers/

(4) https://zerhubarbeblog.net/2015/09/14/la-bataille-de-linformation-des-trous-noirs/

(5) https://fr.wikipedia.org/wiki/Carlo_Rovelli

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