Une mystérieuse onde gravitationnelle pourrait être la trace d’un trou de ver reliant deux univers

En 2019, les détecteurs LIGO et Virgo ont capté un signal particulièrement bref, d’une durée inférieure à un dixième de seconde, qui ne ressemblait à rien de ce qui avait été observé auparavant. L’explication privilégiée pour cet événement, nommé GW190521, était qu’il s’agissait de la collision fortuite de deux trous noirs qui se sont rencontrés par hasard avant de fusionner. Cependant, une nouvelle étude avance qu’il pourrait s’agir de l’écho d’une collision ayant eu lieu dans un autre univers, transmis jusqu’au nôtre par un trou de ver en effondrement.

L’onde gravitationnelle qui a surpris les chercheurs

Depuis 2015, les détecteurs LIGO et Virgo ont ouvert une nouvelle fenêtre sur l’Univers en captant des ondes gravitationnelles. Ces dernières sont de minuscules ondulations dans le tissu de l’espace-temps, générées par des phénomènes cosmiques extrêmes, tels que les collisions de trous noirs ou d’étoiles à neutrons.

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La plupart des signaux enregistrés jusqu’ici suivent un schéma prévisible : deux objets massifs tournent l’un autour de l’autre, leurs champs gravitationnels interagissent, et à mesure qu’ils se rapprochent, la fréquence et l’intensité des ondes émises augmentent. C’est ce qui produit ce que les chercheurs surnomment un « gazouillis » dans les détecteurs.

Or, dans le cas de GW190521, aucune trace de ce processus progressif n’a été détectée. Le signal s’est limité à une brève détonation, comme un craquement sec, sans la montée en puissance attendue. Compte tenu de la masse estimée de la fusion (142 fois celle du Soleil), les scientifiques s’attendaient pourtant à repérer une spirale ascendante. Ce décalage a immédiatement soulevé des questions.

Une nouvelle hypothèse

La première explication proposée pour GW190521 est restée relativement sobre : plutôt qu’une longue danse orbitale, deux trous noirs auraient simplement croisé leurs trajectoires et se seraient engloutis l’un l’autre lors d’un choc direct. Ce scénario, bien que rare, reste possible dans les environnements cosmiques denses comme les amas stellaires. Selon cette lecture, le signal correspondrait bien à une fusion rapide sans phase d’approche perceptible. De plus, les masses exceptionnelles des deux trous noirs initiaux expliqueraient la brièveté du phénomène, l’énergie se libérant presque instantanément au moment de la collision.

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Cependant, cette explication, aussi plausible soit-elle, n’écarte pas totalement d’autres possibilités. Une équipe de chercheurs menée par Qi Lai, physicien à l’université de l’Académie chinoise des sciences, a proposé une autre interprétation dans une prépublication déposée sur le serveur scientifique arXiv. Selon leur idée, GW190521 pourrait être le résultat de l’effondrement d’un trou de ver, une structure théorique reliant deux régions distinctes de l’espace-temps, voire deux univers.

Selon ce scénario, la fusion initiale de deux trous noirs aurait donné naissance, non pas immédiatement à un trou noir unique, mais à un trou de ver instable. Ce dernier, incapable de se maintenir, se serait rapidement effondré, produisant alors une unique bouffée d’ondes gravitationnelles détectée par LIGO et Virgo. 

Comparaison des modèles

Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont modélisé la forme d’onde attendue lors de l’effondrement d’un trou de ver et l’ont comparée aux données de LIGO et Virgo. Ils ont également produit une forme d’onde pour une fusion binaire classique de trous noirs. Résultat : bien que le modèle de fusion binaire corresponde légèrement mieux aux données, l’écart avec le modèle du trou de ver reste suffisamment faible pour ne pas écarter cette possibilité.

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Cela signifie que GW190521 pourrait représenter la première preuve indirecte d’un univers parallèle au-delà du nôtre. Cela offriraient également une méthode pour analyser leurs propriétés physiques. Toutefois, cela reste un scénario hautement spéculatif. Cette hypothèse ne signifie pas que l’existence des trous de ver est prouvée. Leur compréhension repose sur des concepts de physique exotique qui ne sont pas encore confirmés. Cependant, elle ouvre une voie prometteuse pour explorer ces phénomènes.

Des événements récents, comme la fusion massive GW231123 (produisant un trou noir 225 fois plus massif que le Soleil), pourraient fournir des indices supplémentaires. Ce signal, tout aussi bref que GW190521, pourrait permettre d’affiner ces hypothèses. En comparant ces événements à d’autres futures détections, les chercheurs espèrent déterminer laquelle des théories est la plus plausible.

Par ailleurs, des physiciens créent un trou de ver miniature en laboratoire à l’aide d’un ordinateur quantique.

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