Certains trous noirs supermassifs sont-ils en réalité des trous de ver ?

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| Jay Hernest

À bien des égards, les trous noirs et les trous de ver se ressemblent. Tous les deux sont des solutions aux équations du champ gravitationnel de la relativité générale, et tous deux sont le siège de forces gravitationnelles élevées. La principale différence est qu’aucun objet ne peut théoriquement revenir après avoir traversé l’horizon des événements d’un trou noir, alors que tout corps entrant dans un trou de ver pourrait théoriquement inverser sa trajectoire. Cependant, contrairement aux trous noirs, les trous de ver sont encore des objets purement théoriques. Mais selon des physiciens, certains trous noirs supermassifs pourraient en réalité être des trous de ver. Et c’est leur activité qui les trahirait.

Des émissions inhabituelles de rayons gamma pourraient révéler que ce qui semble être des trous noirs supermassifs seraient en fait d’énormes trous de ver. Les trous de ver sont des tunnels dans l’espace-temps qui peuvent théoriquement permettre de voyager entre deux points de l’espace. La théorie de la relativité générale d’Einstein suggère que les trous de ver sont possibles, bien que leur mécanisme de formation ne soit pas encore élucidé.

En supposant que des trous de ver puissent exister, les chercheurs ont étudié des moyens de distinguer un trou de ver d’un trou noir. Ils se sont concentrés sur les trous noirs supermassifs avec des masses des millions à des milliards de fois celle du Soleil, censés exister au cœur de la plupart, sinon de toutes, des galaxies. Par exemple, au centre de notre galaxie, la Voie lactée, se trouve Sagittarius A*, un trou noir d’une masse d’environ 4.5 millions de masses solaires.

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Toute matière tombant dans l’embouchure d’un trou de ver supermassif se déplacerait probablement à des vitesses extrêmement élevées en raison de ses puissants champs gravitationnels.

Les physiciens ont modélisé la dynamique de la matière s’écoulant à travers les deux bouches d’un trou de ver jusqu’à l’endroit où ces bouches se rencontrent, la « gorge » du trou de ver. Le résultat de ces collisions est que des sphères de plasma se dilatent hors des deux bouches du trou de ver à des vitesses relativistes.

Trous de ver : des émissions gamma aux énergies caractéristiques

Les chercheurs ont comparé les émissions de ces trous de ver avec celles de noyaux galactiques actifs (AGN), dont les émissions électromagnétiques sont bien plus intenses que celles d’une galaxie classique entière. Les AGN sont généralement entourés d’anneaux de plasma appelés disques d’accrétion et peuvent émettre de puissants jets astrophysiques depuis leurs pôles.

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Trou de ver traversable reliant deux AGN ; les anneaux de plasma entourent la gorge du trou de ver. Crédits : M.Yu. Piotrovich et al. 2020

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Les sphères de plasma provenant des trous de ver peuvent atteindre des températures d’environ 18 milliards de °C. À une telle chaleur, le plasma produirait des rayons gamma avec des énergies de 68 millions électronvolts. En revanche, les disques d’accrétion des AGN n’émettent pas de rayonnement gamma, car leur température est trop basse pour cela. De plus, bien que les jets des AGN puissent émettre des rayons gamma, ceux-ci se déplaceraient principalement dans la même direction que les jets — tout déplacement dans une sphère pourrait suggérer qu’ils proviennent d’un trou de ver.

De plus, si un AGN résidait dans une sorte de galaxie connue sous le nom de Seyfert de type I — dans laquelle le gaz chaud se développe rapidement —, des travaux antérieurs ont suggéré qu’il ne générerait probablement pas beaucoup de rayons gamma avec des énergies de 68 millions eV. Si les astrophysiciens ont vu un AGN dans une galaxie Seyfert de type I avec un pic significatif de tels rayons, cela pourrait signifier que l’AGN apparent était en fait un trou de ver, selon les chercheurs.

Sources : arXiv

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