Divulgation Cosmique

Les Trous Noirs en rotation peuvent servir de Portails pour les voyages dans l’hyperespace

Gaurav Khanna, professeur de physique, UMass Dartmouth

L’un des scénarios de science-fiction les plus appréciés consiste à utiliser un trou noir comme portail vers une autre dimension, un temps ou un univers. Ce fantasme est peut-être plus proche de la réalité qu’on ne l’imaginait auparavant.

Les trous noirs sont peut-être les objets les plus mystérieux de l’univers. Ils sont la conséquence de la gravité écrasant sans limite une étoile mourante, conduisant à la formation d’une véritable singularité – ce qui se produit lorsqu’une étoile entière est comprimée en un seul point, produisant un objet d’une densité infinie.

Cette singularité dense et chaude perce un trou dans le tissu de l’espace-temps lui-même, ouvrant peut-être une opportunité de voyage dans l’hyperespace. C’est-à-dire un raccourci à travers l’espace-temps permettant de voyager sur des distances à l’échelle cosmique en une courte période.

Les chercheurs pensaient auparavant que tout vaisseau spatial tentant d’utiliser un trou noir comme portail de ce type devrait compter avec la nature à son pire. La singularité chaude et dense amènerait le vaisseau spatial à endurer une séquence d’étirements et de compressions de marée de plus en plus inconfortables avant d’être complètement vaporisé.

Voler à travers un trou noir


Mon équipe de l’Université du Massachusetts à Dartmouth et un collègue du Georgia Gwinnett College ont montré que tous les trous noirs ne sont pas créés égaux.

Si le trou noir comme Sagittarius A*, situé au centre de notre propre galaxie, est grand et en rotation, alors les perspectives d’un vaisseau spatial changent radicalement. C’est parce que la singularité à laquelle un vaisseau spatial devrait faire face est très douce et pourrait permettre un passage très paisible.

La raison pour laquelle cela est possible est que la singularité pertinente à l’intérieur d’un trou noir en rotation est techniquement « faible » et n’endommage donc pas les objets qui interagissent avec elle. Au début, ce fait peut sembler contre-intuitif. Mais on peut considérer cela comme analogue à l’expérience courante de passer rapidement son doigt dans la flamme d’une bougie à près de 2 000 degrés, sans se brûler.

Mon collègue Lior Burko et moi avons étudié la physique des trous noirs pendant plus de deux décennies. En 2016, mon doctorat. étudiante, Caroline Mallary, inspirée par le film à succès « Interstellar » de Christopher Nolan, a entrepris de tester si Cooper (le personnage de Matthew McConaughey), pourrait survivre à sa chute profonde dans Gargantua – un trou noir fictif, supermassif, en rotation rapide environ 100 millions de fois la masse de notre soleil.

« Interstellar » est basé sur un livre écrit par l’astrophysicien lauréat du prix Nobel Kip Thorne et les propriétés physiques de Gargantua sont au cœur de l’intrigue de ce film hollywoodien.

S’appuyant sur le travail effectué par le physicien Amos Ori deux décennies auparavant et armée de ses solides compétences en calcul, Mallary a construit un modèle informatique qui capturerait la plupart des effets physiques essentiels sur un vaisseau spatial, ou tout grand objet, tombant dans un grand noir en rotation. trou comme le Sagittaire A*.

La planète fictive de Miller en orbite autour du trou noir Gargantua, dans le film « Interstellar ».

Pas même un trajet cahotique?


Ce qu’elle a découvert, c’est que dans toutes les conditions, un objet tombant dans un trou noir en rotation ne subirait pas d’effets infiniment grands lors du passage à travers la soi-disant singularité de l’horizon intérieur du trou.

C’est la singularité qu’un objet entrant dans un trou noir en rotation ne peut contourner ou éviter. Non seulement cela, dans les bonnes circonstances, ces effets peuvent être négligeables, permettant un passage plutôt confortable à travers la singularité.

En fait, il se peut qu’il n’y ait aucun effet notable sur l’objet qui tombe. Cela augmente la possibilité d’utiliser de grands trous noirs rotatifs comme portails pour les voyages dans l’hyperespace.

Mallary a également découvert une caractéristique qui n’était pas pleinement appréciée auparavant: le fait que les effets de la singularité dans le contexte d’un trou noir en rotation entraîneraient des cycles d’étirement et de compression rapidement croissants sur le vaisseau spatial.

Mais pour de très grands trous noirs comme Gargantua, la force de cet effet serait très faible. Ainsi, le vaisseau spatial et les personnes à bord ne le détecteraient pas.

Le point crucial est que ces effets n’augmentent pas sans limite ; en fait, ils restent finis, même si les contraintes sur le vaisseau spatial ont tendance à croître indéfiniment à mesure qu’il s’approche du trou noir.

Il existe quelques hypothèses simplificatrices importantes et les mises en garde qui en découlent dans le contexte du modèle de Mallary. L’hypothèse principale est que le trou noir considéré est complètement isolé et n’est donc pas soumis à des perturbations constantes par une source telle qu’une autre étoile à proximité ou même à un rayonnement tombant.


Bien que cette hypothèse autorise des simplifications importantes, il convient de noter que la plupart des trous noirs sont entourés de matière cosmique – poussière, gaz, rayonnement.

Par conséquent, une extension naturelle du travail de Mallary serait de réaliser une étude similaire dans le contexte d’un trou noir astrophysique plus réaliste.

L’approche de Mallary consistant à utiliser une simulation informatique pour examiner les effets d’un trou noir sur un objet est très courante dans le domaine de la physique des trous noirs.

Inutile de dire que nous n’avons pas encore la capacité de réaliser de véritables expériences dans ou à proximité des trous noirs, de sorte que les scientifiques ont recours à la théorie et aux simulations pour développer une compréhension, en faisant des prédictions et de nouvelles découvertes.

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