La relativité générale : des exemples concrets

Des singularités visibles (VII)

Grâce à la théorie d'Einstein, les physiciens sont convaincus que la densité de la matière dans un trou noir est portée à une valeur telle qu'elle provoque une force gravitationnelle infinie, une singularité. Les théoriciens émettent l'hypothèse que les phénomènes disparaissent au-delà de l'horizon du trou noir sans possibilité de retour en arrière. Nous avons largement débattu ces questions dans le dossier consacré aux trous noirs.

A l'Université Cornell, Stuart Shapiro et Saul Teukolsky[41], déjà connus pour leurs modèles des étoiles effondrées sont parvenus à démontrer à partir de simulations informatiques, que sous certaines conditions les singularités pouvaient être visibles. Dans ce cas, la théorie de la relativité générale ne peut plus guider les cosmologistes pour prédire l'évolution future de l'univers.

Dans les années 1970, Kip Thorne avait émis l'hypothèse qu'un trou noir avec horizon ne pouvait se former que si toute la masse s'effondrait dans toutes les directions en même temps, la singularité était sphérique. Si ce n'était pas le cas et que l'étoile s'effondrait asymétriquement, il pouvait se former une singularité "nue", visible, en violation du principe des censures cosmiques de Penrose. Il s'accordait également pour démontrer que si cet objet tournait sur lui-même bout à bout, il émettrait de fortes ondes gravitationnelles. Les travaux des chercheurs de l'Université Cornell semblent aller dans ce sens. 

Il s'avère que si une masse hétérogène de forme allongée, une prolate très massive s'effondre jusqu'au stade ultime, elle se transforme non pas en corps sphérique, mais linéaire, en forme de cigare, avec une singularité nue à chaque extrémité. Selon leurs calculs, les oblates qui s'effondrent sur elles-mêmes prennent une forme aplatie avant de devenir prolate et de s'effondrer de la même manière. Leurs calculs tiennent comptent de la théorie d'Einstein, gommant du fait même le défaut majeur de la théorie de la relativité générale : la singularité. L'information peut s'extraire d'une singularité nue et quitter son emprise gravitationnelle. Ce rayonnement que personne n'a jamais vu et qu'il est encore impossible de décrire serait émis par la singularité sans référence à la loi de causalité; les informations nous parviendraient dans un ordre tout à fait aléatoire, brisant la flèche temporelle du passé vers l'avenir. La perte de masse par rayonnement gravitationnel serait très inférieure à 1%, ce qui signifie que toute l'énergie de ces corps (gravitationnelle, cinétique et potentielle) se trouverait confinée dans la singularité.

Le trou de ver

Selon John Wheeler, deux singularités pourraient être reliées dans l’hyperespace par un trou de ver, sorte de sas entre deux régions éloignées de l’univers. Seul inconvénient, nul ne sait comment entretenir un tel passage et lui donner une taille macroscopique. En effet ce “pont” dans l’hyperespace mesure 10^-33 cm et est instable; il se referme sur lui-même en l’espace de 10^-43 seconde ! Pire, si on essaye de l’agrandir, il s’autodétruit... Comme aiment le dire les physiciens, le trou de ver appartient à l’"écume quantique" et obéit aux lois probabilistes.

Totalement différent d’une singularité, un trou  de ver est “nu”, il demeure visible aux yeux de tous et plus extraordinaire encore, il permet de voyager dans le temps en fonction du sens que l’on prend, ce qui explique son attrait.

Enthousiasmés par leur découverte, les chercheurs de Cornell poursuivent leurs recherches mais n'en restent pas moins réalistes. Shapiro disait en 1990 : "Les objets que nous avons étudiés n'existent probablement pas dans la réalité ". Il est vrai que ce scénario n'a pas la prétention d'être une théorie et ces simulations n'en sont pas les démonstrations. Pour asseoir leur découverte, de manière à ce qu'elle soit plus conforme à la réalité, l'équipe de Cornell tente d'élaborer un modèle plus réaliste des singularités, en choisissant d'autres matières, des masses moins hétérogènes ou des vitesses de rotation différentes. Si leur modèle pouvait prédire un événement vérifiable dans l'univers, toute la théorie physique en serait bouleversée. L'outil qui devait guider les astrophysiciens relativistes serait ébranlé et la seule échappatoire serait d'aboutir à une théorie quantique relativiste, c'est la gravité quantique. Mais d'aucun considère que ces simulations sont trop artificielles et qu'il ne faut pas - encore - les prendre "au pied de la lettre", à l'image des films de fiction tel Deep Space 9, Stargate SG-1 ou Slider.

Bien que très loin en-deçà du pouvoir de résolution des télescopes actuels - une singularité d'un milliard de M_s (0.0001") serait détectable à 0.5 parsecs -, la découverte directe d'une seule singularité nue ferait vaciller toute les prédictions concernant l'évolution de l'univers. Seul un réseau interférométrique intercontinental ou un hypertélescope pourrait détecter une telle entité. La présence d'une telle singularité ne permettrait plus de préciser l'évolution future de cette région de l'espace. Hélas, nous sommes encore loin de pouvoir pénétrer profondément dans les confins de l'univers[42].

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Les doutes

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