Existe-t-il des trous blancs ? Et que se passerait-il s’ils rencontraient un trou noir ?

Cet article fait partie de la rubrique La conversation junior, dans lequel des spécialistes des principales universités et centres de recherche répondent aux questions de jeunes curieux entre 12 et 16 ans. Vous pouvez envoyer vos questions à [email protected]

Question de Marta, 15 ans. IES Santa Teresa. Jaén.

Depuis qu’Albert Einstein a illuminé le théorie générale de la relativité Il y a plus de cent ans, on disait que la gravitation est un effet géométrique. Et ça veut dire ?

Imaginez un maillage élastique – le ensemble d’espace et de temps– qui se déforme lorsqu’on pose un objet dessus, comme une balle par exemple. Plus la matière est concentrée dans une région (plus cette boule est lourde), plus le maillage se courbera.

Et cela affecte le reste des particules qui se déplacent dans l’espace-temps. Si nous lançons une deuxième balle sur le maillage courbé par la première, elle suivra un chemin courbe. Et si on le lance avec une certaine vitesse, on peut lui faire décrire des trajectoires elliptiques autour de lui. Comme les planètes autour du Soleil !

Désormais défini de manière plus abstraite : la forme de l’espace et le passage du temps sont déformés par la présence de matière. C’est pourquoi nous disons que la matière courbe l’espace-temps. Cette loi de l’attraction régit aussi bien les mouvements des planètes que la chute d’une simple pomme d’une branche de son arbre.

Une fourmi écrasée par la gravité

Le cas le plus extrême d’attraction gravitationnelle se produit lorsqu’un objet s’effondre ou se rétrécit sur lui-même jusqu’à atteindre une taille inférieure à une mesure connue sous le nom de « rayon gravitationnel ».

Imaginez maintenant une fourmi marchant sur la surface de la Terre. Si notre planète rétrécissait soudainement de moitié tout en conservant sa masse, le poids de la fourmi serait multiplié par quatre. Cela est dû à Loi de Newton sur la gravitation universelleselon lequel les objets s’attirent avec une force directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

Notre petite amie devrait faire beaucoup d’efforts pour ne pas s’écraser au sol. Et si la Terre diminuait à nouveau de 50 %, le poids initial de la fourmi ne serait pas multiplié par 16.

Si la Terre se transformait en marbre

Eh bien, si notre planète continuait à devenir plus petite, il viendrait un moment où rien ne pourrait résister à la force gravitationnelle, la force répulsive entre les particules qui soutiennent la Terre ne tiendrait plus et tout disparaîtrait de la vue, formant ce qu’on appelle un trou noir.

Dans le cas de notre maison spatiale, cela se produirait si elle se réduisait à la taille d’une bille : son rayon gravitationnel n’est que de 0,8 centimètre !

Nous ne savons pas s’il existe dans l’univers un trou noir de la taille d’une bille, mais il semble y en avoir des dimensions kilométriques et une masse plusieurs fois supérieure à celle de notre Soleil. Il y en a aussi des bien plus grands, gigantesque: Ils occupent l’espace d’un système planétaire et ont une masse équivalente à des milliards de celle de l’étoile.

Un trou noir est donc le résultat extrême d’un processus de compactage de la matière. Ils sont noirs parce qu’une région de l’espace-temps a été générée avec un champ gravitationnel si intense que même la lumière ne peut s’échapper vers l’extérieur. La surface de cette région « vous irez mais vous ne reviendrez pas » est ce que l’on appelle l’horizon des événements.

Un film à l’envers

Une fois que nous savons ce qu’est un trou noir, nous pouvons maintenant expliquer en quoi consiste un trou noir. trou blanc. On peut en déduire qu’il est formé par un processus inverse de celui que nous avons expliqué précédemment. Autrement dit, il s’agit d’une région de l’espace-temps très compacte et extrêmement sombre qui cesse soudainement d’être compacte et commence à émettre de la lumière et de la matière vers l’extérieur.

En utilisant l’image de la Terre, au lieu d’imaginer notre planète devenir petite jusqu’à disparaître, il faut maintenant voir le film à l’envers : dans une région spatio-temporelle où l’on n’observe rien, soudain une petite Terre de la taille d’une bille. apparaît et disparaît, elle devient de plus en plus grande jusqu’à redevenir la planète que nous connaissons.

Cette situation, équivalente à un trou noir, mais « refluant » au fil du temps, est ce qu’on appelle un trou blanc.

Mais il ne faut pas associer les trous noirs à la gravité attractive (que nous connaissons tous) et les trous blancs à la gravité répulsive (qui, à l’inverse, repousse). La force gravitationnelle générée par les deux est exactement la même.

La différence n’est visible que dans le comportement de ce que nous appelons les horizons des événements. Dans le trou noir se forme une surface de l’intérieur de laquelle rien ne s’échappe, tandis que dans la surface comparable du trou blanc – l’horizon blanc – l’inverse se produira : tout sortira.

En d’autres termes, les orbites des planètes ou des objets célestes en orbite autour d’un trou noir seraient impossibles à distinguer des orbites de ces objets autour d’un trou blanc.

Le poisson noir mange le blanc

Une fois que nous avons compris ce qu’est un trou blanc, nous sommes en mesure de répondre aux questions du titre. Tout d’abord, on ne sait pas s’il existe des trous blancs dans l’univers, pour le moment ils n’existent qu’en théorie et aucun phénomène ressemblant à quelque chose de similaire n’a été observé. De plus, on pense que les trous blancs seraient instables.

Et cela signifie que si un trou blanc et un trou noir entraient en collision – répondant à la deuxième question –, la matière totale finirait par former un trou noir de plus grande taille et de plus grande masse que le premier. Autrement dit, le trou noir engloutirait le trou blanc.

Le musée interactif Parc Scientifique d’Andalousie collabore à la section The Conversation Júnior.