La rotation des trous noirs pourrait rendre le voyage dans l'hyperespace enfin à portée de main

L'un des scénarios de science-fiction les plus prisés consiste à utiliser un trou noir comme portail vers une autre dimension, une autre époque ou un autre 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 qui écrase une étoile mourante sans limite, ce qui conduit à la formation d'une vraie singularité - ce qui se produit lorsqu'une étoile entière est comprimée en un seul point, ce qui produit un objet de densité infinie. Cette singularité dense et chaude perce un trou dans le tissu de l'espace-temps lui-même, ouvrant éventuellement une opportunité de voyager dans l'hyperespace. C'est-à-dire un raccourci dans l'espace-temps permettant de parcourir des distances d'échelle cosmique sur une courte période.

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Les chercheurs pensaient auparavant que tout vaisseau spatial essayant d'utiliser un trou noir comme portail de ce type devrait tenir compte de la pire des choses. La singularité chaude et dense ferait subir à l’engin spatial une séquence d’étirages et de compressions de marée de plus en plus inconfortables avant d’être complètement vaporisés.

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 le Sagittaire A *, situé au centre de notre propre galaxie, est grand et en rotation, 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 pacifique.

La raison en 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 lui. Au début, ce fait peut sembler paradoxal. Mais on peut penser qu’elle est analogue à l’expérience courante qui consiste à faire passer rapidement le doigt dans une flamme d’une flamme proche de 2 000 degrés sans se brûler.

Mon collègue Lior Burko et moi-même étudions la physique des trous noirs depuis plus de deux décennies. En 2016, mon doctorat étudiante, Caroline Mallary, inspirée par le film à succès de Christopher Nolan Interstellaire, a pour objectif de vérifier si Cooper (le personnage de Matthew McConaughey) pourrait survivre à sa chute dans Gargantua - un trou noir fictif, supermassif, en rotation rapide, dont la masse est environ 100 millions de fois supérieure à celle de notre soleil. Interstellaire Kip Thorne, lauréat d’un prix Nobel, et les propriétés physiques de Gargantua sont au cœur de l’intrigue de ce film hollywoodien.

S'appuyant sur ses travaux réalisés par le physicien Amos Ori deux décennies plus tôt et fort de ses compétences en calcul, Mallary a créé un modèle informatique qui capturerait la plupart des effets physiques essentiels sur un engin spatial, ou sur tout objet de grande taille, tombant dans un grand trou comme Sagittaire A *.

Pas même une randonnée cahoteuse?

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 importants lors de son passage à travers la prétendue singularité de son horizon intérieur. C'est la singularité qu'un objet entrant dans un trou noir en rotation ne peut ni contourner ni éviter. Non seulement cela, dans les bonnes circonstances, ces effets peuvent être négligeables, permettant un passage assez confortable à travers la singularité. En fait, il peut ne pas y avoir d'effet notable sur l'objet qui tombe. Cela augmente la possibilité d'utiliser de grands trous noirs rotatifs comme portails pour les déplacements en hyperespace.

Mallary a également découvert une caractéristique qui n’était pas pleinement comprise auparavant: le fait que les effets de la singularité dans le contexte d’un trou noir en rotation entraînerait une augmentation rapide des cycles d’étirement et de compression 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 tous les individus 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 l'approche du trou noir.

Il existe quelques hypothèses simplificatrices importantes et les mises en garde qui en résultent dans le modèle de Mallary. L’hypothèse principale est que le trou noir considéré est complètement isolé et ne subit donc pas de perturbations constantes de la part d’une source telle qu’une autre étoile à proximité ou même d’un rayonnement tombant. Bien que cette hypothèse permette d’importantes simplifications, il convient de noter que la plupart des trous noirs sont entourés de matériaux cosmiques - poussières, gaz, rayonnements.

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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 sur ordinateur pour examiner les effets d’un trou noir sur un objet est très courante dans le domaine de la physique des trous noirs. Il va sans dire que nous n’avons pas encore la capacité de réaliser de véritables expériences dans les trous noirs ou à proximité de ceux-ci. Les scientifiques ont donc recours à la théorie et à la simulation pour acquérir des connaissances en faisant des prédictions et en faisant de nouvelles découvertes.

Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation de Gaurav Khanna. Lisez l'article original ici.