Le voyage vers le centre d’un trou noir reste l’un des grands mystères de la physique. Une fois à l’intérieur, à la fois la caméra et l’espace-temps précipiteraient vers la singularité, où les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de fonctionner.
Le plongeon de Matt McConaughey dans le trou noir ne s’est pas éloigné de la réalité (après tout, Christopher Nolan a choisi Kip Thorne, lauréat du prix Nobel de physique 2017, comme consultant scientifique pour Interstellar). Actuellement, la NASA a publié une simulation montrant ce qui se passerait si nous entrions réellement dans un trou noir, un corps céleste dont la masse est compressée à un point tel qu’il génère un champ gravitationnel si intense qu’il plie l’espace-temps.
La vidéo reproduit le voyage à l’intérieur du trou de ver d’Interstellar. Elle commence avec la caméra positionnée à environ 640 millions de kilomètres de distance, puis tout au long du parcours, le disque du trou noir, les anneaux photoniques et le ciel deviennent de plus en plus distordus, générant des images multiples alors que leur lumière traverse l’espace-temps déformé.
À l’heure actuelle, il est en réalité impossible de savoir avec certitude ce qui se passe à l’intérieur d’un trou noir. C’est un voyage sans retour et une fois à l’intérieur, il est impossible de communiquer avec l’extérieur. Cependant, les lois de la physique nous permettent d’imaginer ce qui pourrait arriver à un objet qui s’approche de la singularité.
« Les personnes demandent souvent ce qui se passe dans un trou noir, et simuler ces processus difficiles à imaginer aide à relier les mathématiques de la relativité aux conséquences réelles dans l’univers », a expliqué Jeremy Schnittman, astrophysicien du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, qui a créé les visualisations. « J’ai donc simulé deux scénarios différents, l’un dans lequel une caméra – un double d’un astronaute audacieux – manque de peu l’horizon des événements et rebondit en arrière, et l’autre dans lequel elle franchit la limite, marquant ainsi son destin. »
Comment la vidéo a été réalisée
Les versions rendues permettent aux spectateurs de regarder autour d’eux pendant le voyage. Pour créer la vidéo, Schnittman a collaboré avec son collègue Brian Powell du Goddard et a utilisé le supercalculateur Discover du Centre de simulation climatique de la NASA. « Le projet a généré environ 10 téraoctets de données, l’équivalent d’environ la moitié du contenu textuel estimé de la Bibliothèque du Congrès, et a nécessité environ 5 jours d’exécution sur seulement 0,3% des 129 000 processeurs de Discover. La même entreprise prendrait plus d’une décennie sur un ordinateur portable typique », a expliqué la NASA.
Le personnage principal de la vidéo est un trou noir supermassif, dont la masse est de 4,3 millions de fois celle de notre Soleil, et qui se trouve au centre de la Voie lactée. « Si je devais choisir, je voudrais tomber dans un trou noir supermassif », a déclaré Schnittman. « Les trous noirs de masse stellaire, qui contiennent jusqu’à environ 30 masses solaires, ont des horizons des événements beaucoup plus petits et des forces de marée plus fortes, qui peuvent déchiqueter les objets approchant avant d’atteindre l’horizon. »
Le voyage à l’intérieur du trou noir
L’horizon des événements simulé du trou noir s’étend sur environ 25 millions de kilomètres, soit environ 17% de la distance de la Terre au Soleil. Autour du trou noir, on peut voir au loin un nuage plat composé de gaz chaud et lumineux, c’est le disque d’accrétion qui devient un point de repère pendant la chute. À mesure que l’on se rapproche du trou noir, d’autres structures lumineuses appelées anneaux photoniques apparaissent.
« À mesure que la caméra se rapproche du trou noir, atteignant des vitesses de plus en plus proches de celle de la lumière elle-même, l’éclat du disque d’accrétion et des étoiles en arrière-plan est amplifié de la même manière que le son d’une voiture de course qui s’approche monte en tonalité. Leur lumière semble plus lumineuse et plus blanche en regardant dans la direction du mouvement », explique la NASA.
Que se passerait-il si nous entrions dans un trou noir
Être à l’intérieur d’un trou noir est un voyage sans retour. Une fois que l’horizon des événements, la limite mathématique qui indique la distance au-delà de laquelle même la lumière ne peut échapper au piège gravitationnel, est franchi, il n’est pas possible de revenir en arrière. On pourrait d’abord, si on ne dépasse pas le seuil et si on a assez d’énergie pour « rebrousser chemin ». De plus, une fois que l’horizon des événements est franchi, il n’est pas possible de communiquer avec l’extérieur.
La force gravitationnelle du trou noir augmente à mesure que l’on se rapproche de la singularité centrale (un point où la courbure de l’espace-temps tend vers une valeur infinie), la partie de l’objet à l’intérieur du trou noir la plus proche du centre est plus attirée que celle qui est éloignée, entraînant ainsi l’allongement du corps et sa transformation en une bande longue et mince, un processus appelé spaghetti.
Le voyage vers le centre d’un trou noir reste cependant l’un des grands mystères de la physique. Une fois à l’intérieur, à la fois la caméra et l’espace-temps précipiteraient vers la singularité, où les lois de la physique telles que nous les connaissons cessent de fonctionner.