Trous de ver à long col : comment les notes Doppler les trahissent ✛ ✦
Lorsqu'un trou noir entre dans l'objectif, il laisse sur l'image une noirceur parfaite — un puits gravitationnel où la lumière tombe sans retour. Les images du télescope Event Horizon ont montré les ombres d'objets supermassifs, et elles correspondent parfaitement aux prédictions de la gravité de la relativité générale d'Einstein. Mais le silence ne garantit pas l'absence d'un sosie. Un trou de ver — un tunnel courbé dans la trame de la courbure de l'espace-temps — peut projeter une ombre de même taille si l'on ajuste son col, comme on ajuste la longueur d'un résonateur dans un instrument de musique.
Imaginez une flûte : en changeant la longueur de la colonne d'air vibrante, le musicien produit des notes de même fréquence dans différentes octaves. De même, les paramètres du col du trou de ver — son rayon et la douceur de son profil — ajustent le contour de sorte que sa taille angulaire coïncide exactement avec l'ombre d'un trou noir de masse égale.
Mathématiquement, cette astuce repose sur une élégante formule pour le rayon de l'ombre (voir ci-dessous) et sur une équation intégrale pour le contour du col. Ensemble, elles définissent un ensemble complet de conditions pour lesquelles un trou de ver se déguise habilement en monstre classique.
Mais l'orchestre joue faux sans le vouloir. La simulation numérique du disque d'accrétion révèle la supercherie spectrale : la matière en rotation autour du col est accélérée si rapidement que son rayonnement est amplifié par l'effet Doppler. Autour d'un trou noir, le décalage vers le rouge gravitationnel vole aux photons près d'un tiers de leur énergie, la réduisant à 0,74. Pour un trou de ver à long col, c'est l'inverse : l'effet Doppler pousse l'énergie jusqu'à 1,45 fois sa valeur initiale. Le disque flamboie d'une lumière éblouissante — et ce signal ne peut pas être caché.
Ainsi naît une méthode de « déchiffrement » cosmique. La mesure conjointe de l'ombre et du profil énergétique du disque, en particulier en tenant compte de la polarimétrie du rayonnement, permettra pour la première fois de distinguer un trou noir d'un trou de ver dans des objets réels — M87* et Sagittarius A*. Peut-être que certains d'entre eux ne sont pas des impasses sans fond, mais des tunnels vers d'autres mondes. Et alors la question « où mène ce tunnel ? » cessera d'être de la science-fiction. La recherche de trous de ver passe d'un amusement mathématique à un problème pratique de l'astrophysique — les scientifiques adaptent déjà les modèles aux objets en rotation et se préparent à analyser les données de la nouvelle génération de simulations numériques.
Le nom « trou de ver » est le fruit de l'imagination de John Wheeler, qui a imaginé un ver qui traverse une pomme de part en part, en évitant la peau. Et l'idée de voyages interstellaires à travers de tels tunnels a été sérieusement étayée par Kip Thorne et Michael Morris à la fin des années 1980.
Dans « Interstellar », le trou de ver praticable — un portail vers une galaxie lointaine — sert d'incarnation artistique des rêves théoriques de tunnels interstellaires.