GW190521, une onde gravitationnelle qui a duré moins d’un dixième de seconde, pourrait provenir d’un trou de ver débouchant sur un univers parallèle, suggère une étude surprenante. La brièveté inhabituelle de GW190521 pourrait s’expliquer par la fusion de deux trous noirs qui aurait temporairement généré un trou de ver. Si l’hypothèse se confirme, elle pourrait donc constituer un indice potentiel de l’existence de ces objets exotiques.
La théorie de la relativité d’Einstein avance que les objets cosmiques massifs exercent une force sur le tissu de l’espace-temps, de sorte que celui-ci « s’étire » vers le bas, un peu comme des poids placés au centre d’un trampoline. Ce phénomène se produit également lorsque ces objets entrent en collision. Il génère alors des ondulations, dites « ondes gravitationnelles », qui se propagent sur de grandes distances.
Les systèmes binaires, comme les couples de trous noirs ou d’étoiles à neutrons, génèrent également des ondes gravitationnelles en orbitant l’un autour de l’autre. L’intensité de ces ondes augmente à mesure que les objets se rapprochent avant de finalement entrer en collision. Elles constituent donc des marqueurs de collisions imminentes et sont généralement utilisés pour leur détection.
La plupart des ondes gravitationnelles sont jusqu’à présent attribuées avec certitude à des fusions de trous noirs ou d’étoiles binaires à neutrons. Environ 300 d’entre elles ont été détectées à ce jour par des observatoires spécialisés comme le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), aux États-Unis, et Virgo, en Europe.
Elles présentent presque toutes une même structure, connue sous le nom de « fusion-spirale-réduction ». Les binaires massifs en interaction génèrent des ondes en spirales de plus en plus intenses. Puis, après leur fusion, ils oscillent temporairement et se stabilisent en émettant une onde finale dite « ringdown ».
Et bien que la durée de propagation des ondes gravitationnelles soit techniquement infinie, les signaux détectés par les instruments durent généralement quelques secondes. Cependant, en 2019, les observatoires LIGO et Virgo ont détecté une onde gravitationnelle inhabituelle qui pourrait remettre en question les paradigmes standards.
Baptisée GW190521, elle est d’une durée extrêmement courte (de l’ordre de 0,1 seconde) et ne présente pas la structure habituelle de fusion-spirale-réduction. Les instruments l’ont identifiée comme émanant de la collision de deux trous noirs, lesquels ont fusionné en un trou noir final d’environ 142 masses solaires. Cependant, elle ne présente pas la partie ascendante du signal produit lorsque les trous se rapprochent avant d’entrer en collision.
L’une des hypothèses avancées suggère que l’onde provient d’une interaction fortuite et rapide entre deux trous noirs qui auraient directement fusionné sans préalablement orbiter en spirale. L’étude co-dirigée par l’Université de l’Académie chinoise des sciences propose une explication plus exotique : un trou de ver qui se serait formé temporairement à la suite de la fusion des deux trous noirs.
« Nous émettons l’hypothèse que GW190521 pourrait représenter une impulsion d’écho d’onde gravitationnelle unique et isolée provenant du trou de ver, vestige post-fusion de trous noirs binaires d’un autre univers et connecté au nôtre par une gorge », écrivent les chercheurs dans leur étude prépubliée sur la plateforme arXiv.
Un « pont » temporaire vers un univers parallèle ?
Les trous de ver (ou ponts d’Einstein-Rosen) sont des objets hypothétiques qui pourraient relier deux régions distinctes et éloignées de l’espace-temps ou deux univers séparés. Ils se manifesteraient d’un côté par un trou noir et de l’autre par un autre objet hypothétique appelé « trou blanc ». L’équipe chinoise suggère que GW190521 pourrait être le signal d’un trou de ver reliant notre Univers à un autre.
Schéma de l’interprétation de l’écho de GW190521. En haut : La fusion de deux trous noirs forme un trou de ver. En bas : Les barrières miroirs noires représentent un trou de ver reliant deux univers. © Qi Lai et al.La fusion de trous noirs produirait un trou de ver de courte durée, émettant un bref signal détectable dans notre Univers. Le signal serait interrompu lorsque le trou de ver se refermerait, ce qui pourrait expliquer la très courte durée de GW190521. « Le signal de résonance après la fusion de trous noirs binaires dans un autre univers peut traverser la gorge d’un trou de ver et être détecté dans notre univers comme une impulsion d’écho de courte durée », suggère l’équipe.
Pour explorer leur hypothèse, les chercheurs ont développé un modèle mathématique de ce à quoi pourrait ressembler ce signal d’onde gravitationnelle associé à un trou de ver, afin de le comparer aux données du signal réel GW190521 capturé par LIGO et Virgo. Ils ont également créé un modèle pour une fusion standard de trous noirs binaires, afin d’affiner les comparaisons.
Les chercheurs ont constaté que les données de LIGO et Virgo correspondaient au modèle de fusion standard, mais seulement légèrement. Cela suggère que la possibilité selon laquelle GW190521 émane d’un trou de ver n’est pas entièrement exclue et qu’elle pourrait ainsi représenter un indice potentiel de l’existence de ce type d’objet.
« Bien que le facteur bayésien préfère légèrement le modèle de fusion de trous noirs binaires standard, il n’est pas suffisamment significatif pour exclure la possibilité que le modèle écho-pour-trou de ver soit une hypothèse viable pour l’événement GW190521 », écrivent-ils. L’analyse d’autres signaux d’ondes gravitationnelles de courte durée pourrait potentiellement permettre de confirmer ces résultats.
