Des scientifiques disent que les trous noirs pourraient conduire à la naissance de nouveaux univers

Mais c’est un grand « peut-être ».

Les trous noirs sont l’une des plus formidables forces destructrices de l’univers. Et si les opposés s’attirent en magnétisme, les concepts de création et de destruction ne sont pas conventionnellement adjacents lorsqu’il s’agit de trous noirs. Mais que se passerait-il si les trous noirs créaient quelque chose de très, très grand ?

Une équipe de scientifiques a proposé une nouvelle théorie selon laquelle ils le feraient : Les trous noirs pourraient non seulement courber l’espace et le temps en une singularité de densité extrêmement élevée. Ils pourraient également induire « une transition continue entre l’intérieur d’un trou noir et le début d’un nouvel univers », selon une étude récemment partagée sur un serveur de préimpression. En d’autres termes, l’étude suggère que les trous noirs pourraient en fait s’enfouir dans une sorte d’objet multidimensionnel appelé brane, et donner naissance à un univers entièrement nouveau dans un autre big bang colossal.

Toutefois, cette idée repose sur la théorie des cordes, un ensemble d’idées visant à unifier toutes les forces de la nature. Il s’agit donc d’un grand « peut-être ». Mais l’idée à elle seule met en évidence le mystère intriguant que représente l’inconnu des événements internes des trous noirs. Et, à moins d’un vaisseau spatial magique capable de nous faire traverser l’horizon des événements d’un trou noir (vivant), nous pouvons toujours essayer de l’approcher avec les mathématiques.

Transformer la singularité d’un trou noir en un big bang

Les équations du champ du vide d’Einstein pour la gravité nous conduisent à une singularité, où le tissu de l’espace-temps se courbe en s’éloignant du plan. Et dans les trous noirs, cette courbure s’étend bien au-delà de ce que nous attendons des champs gravitationnels ordinaires entourant les étoiles ou les planètes. C’est un endroit où les lois de la physique classique (de l’époque de Sir Isaac Newton) commencent à s’effondrer. Mais selon l’étude, cette « rupture » de la physique classique se produit également dans les conditions du big bang, lorsqu’un univers est en train de naître.

En faisant un bond de quelques centaines d’années, les physiciens quantiques espéraient trouver un moyen d’intégrer la théorie de la gravité d’Einstein dans un schéma quantique. Mais toute tentative d’unifier toutes les théories physiques dans le cadre de la physique quantique devrait également rendre compte des singularités telles que les trous noirs et les big bangs. C’est ce que la récente étude se propose de faire. « [N]ous proposons un moyen de résoudre simultanément les singularités des trous noirs et cosmologiques par l’ajout d’un objet unique au champ effectif et à la description théorique de l’espace, du temps et de la matière », expliquent les chercheurs dans leur étude.

« Cet objet est une [n] S-brane, un objet relativiste qui occupe une hypersurface de l’espace-temps de co-dimension un et qui porte une tension positive mais une densité d’énergie en voie de disparition », ajoutent les chercheurs. « Cet objet viole les conditions d’énergie habituelles et permet donc une résolution des singularités de l’espace-temps. » À l’aide de deux représentations mathématiques du big bang et des trous noirs – appelées respectivement diagrammes de Penrose de la cosmologie en expansion et diagramme de Penrose du trou noir de Schwarzchild – les auteurs tentent de réunir la singularité « ondulée » des deux diagrammes, comme un patch. Si cela est possible (et c’est un grand « si »), ils créeraient une description théorique d’un trou noir, dont la singularité conduit à un nouvel univers.

La théorie des cordes pourrait donner une idée de ce qui se passe au-delà de l’horizon des événements d’un trou noir

Ce n’est évidemment pas la première fois qu’un scientifique propose qu’un trou noir puisse donner naissance à un nouvel univers au-delà de son horizon événementiel, mais nombre de ces propositions reposent sur la relativité générale d’Einstein pour rapprocher les deux modèles de Penrose du big bang et des trous noirs, ce qui pose problème. Pour tenter de contourner ce problème, les chercheurs supposent que la théorie des supercordes – qui laisse entrevoir la possibilité d’une théorie unifiée de toutes les forces de la nature – pourrait faire l’affaire que la relativité générale et la physique quantique seules n’ont pas encore réussi à faire.

Dans la théorie des cordes, au lieu de particules dans l’espace, nous considérons l’univers comme des objets étendus : des cordes existant dans dix dimensions d’espace-temps (nous vivons dans trois dimensions et expérimentons la quatrième : le temps). Un objet qui apparaît dans les mathématiques de la théorie des cordes, appelé brane, est multidimensionnel. Lorsque les scientifiques trouvent de nouvelles façons de décrire les branes, cela conduit souvent à de nouvelles avancées dans la théorie des cordes en tant que telle. Dans le cas présent, l’étude propose un type spécifique d’objet multidimensionnel, appelé S-Brane, qui apparaît dans l’horizon impassible d’un trou noir, au niveau de la singularité, et qui pourrait servir de moyen de transit entre un trou noir et la naissance d’un nouvel univers. « Cela permet une résolution simultanée des singularités du trou noir et du Big Bang », peut-on lire dans l’étude.

Il est vrai qu’il faut beaucoup de mathématiques de haut niveau pour saisir toute la complexité de l’étude des chercheurs, qui n’a pas encore été examinée par des pairs. Et, bien que cela ne signifie absolument pas que les trous noirs sont en fait des passerelles vers de jeunes univers nés de la destruction et de l’effondrement des étoiles dans notre univers – nous devons envisager toutes les théories pour faire progresser notre compréhension scientifique du cosmos. En d’autres termes, nous ne savons toujours pas ce qui se passe à l’intérieur des trous noirs, mais la théorie des cordes nous donne une perspective unique sur ce qui pourrait se passer au-delà de l’horizon des événements.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche