Fictions d’hier, Sciences d’aujourd’hui

Fictions d’hier, Sciences d’aujourd’hui : "Interstellar", trous noirs et trous de ver

À travers la série Fictions d’hier, Sciences d’aujourd’hui, Véronique Thyberghien nous replonge dans des classiques de science-fiction en les confrontant aux dernières avancées scientifiques et technologiques. Comment le cinéma s’est-il nourri de la science ? Et la réalité pourrait-elle un jour (bientôt ?) rattraper la fiction ?

Interstellar est un film produit écrit et réalisé par Christopher Nolan et sorti en 2014. Au départ, il s’agit d’un projet initié par la productrice Lynda Obst et l’astrophysicien Kip Thorne, qui ont pour but de créer un film de science-fiction spatiale d’une très grande vraisemblance scientifique, en se basant justement sur les travaux dudit physicien.

Alors que la Terre se meurt, une équipe d’astronautes, dont Matthew McConaughey et Anne Hathaway, doit explorer un nouveau système stellaire dans l’espoir d’y trouver une planète habitable et y développer une colonie spatiale pour sauver l’humanité. Les explorateurs spatiaux empruntent un trou de ver situé près de Saturne pour voyager vers une autre galaxie lointaine, au voisinage d’un trou noir gigantesque baptisé Gargantua. Cette structure étrange est au cœur du film, et passionne le monde scientifique. "Gargantua est un trou noir hypermassif dont on peut estimer la masse à au moins 200 millions de fois la masse du soleil. En comparaison, le trou noir qui est au centre de notre galaxie ne fait 4 millions de masses solaires, sourit Roland Lehoucq, astrophysicien, enseignant, auteur et vulgarisateur."

En 2014, quand sort le film, personne n’a réussi à observer un trou noir directement. Pourtant, celui d’Interstellar (que l’on peut voir à la fin de la bande-annonce ci-dessous) est troublant de réalisme au regard de la première photo du phénomène qui a été réalisée en 2019. Une représentation dont le mérite revient à Kip Thorne, consultant des équipes techniques sur le film. Mais de quoi parle-t-on exactement lorsqu’on évoque les trois noirs ? Et les "trous de ver" alors, phénomène encore jamais "observé" jusqu’à présent ?

Petite histoire de la relativité

On classe les trous noirs en fonction de leur masse : les trous noirs stellaires, qui naissent de l’effondrement d’une étoile sur elle-même ; les trous noirs supermassifs, qui siègent au centre des galaxies ; les trous noirs intermédiaires, qui ont une masse entre 100 et 10.000 masses solaires ; et les trous noirs primordiaux ou "microtrous noirs". "Lorsque l’objet est tellement compact que, même en se déplaçant à la vitesse de la lumière, on ne peut plus s’en extraire, on appelle ça un trou noir. Parce que rien ne peut en réchapper !, explique Sébastien Clesse, astrophysicien et cosmologue à l’ULB. "Si on prend un trou noir suffisamment massif, on peut tout à fait imaginer pouvoir rentrer dedans, comme le fait le personnage principal dans le film. Il y rentre indemne mais ne pourra plus en sortir."

Les trous noirs sont une conséquence de la relativité générale d’Albert Einstein, qui tient compte des principes de la relativité restreinte où le temps et l’espace ne sont plus deux entités différentes. La théorie d’Einstein décrit que l’énergie, ou une masse, peut avoir une influence sur l’espace-temps, et déformer localement l’espace-temps ! L’image du trou noir prise en 2019 prouve de visu la théorie de la relativité. Et autre élément du film nous aide à en comprendre ses conséquences. Roland Lehoucq : "Dans Interstellar, le père finit par devenir biologiquement plus jeune que sa fille. C’est un phénomène rendu possible par le voyage que fait ce personnage au voisinage d’un trou noir et les effets de dilatation temporelle qui y prévalent."

Dans le film, les astronautes explorent une planète située proche de l’horizon de Gargantua : une heure passée à la surface représente sept années sur Terre ! Un cas extrême (la planète en question se serait certainement déjà fait avaler par le trou noir depuis longtemps) mais un état de fait compatible avec ce que l’on sait des trous noirs et de la théorie de la relativité générale qui permet de les décrire. "On doit aussi tenir compte de ce paramètre sur Terre quand on envoie des satellites sur des orbites plus élevés, qui se trouvent dans un champ gravitationnel un peu plus faible comparé à nous, précise Sébastien Clesse. Si on n’en tient pas compte, ces différences de quelques microsecondes sur une journée correspondent à une différence de quelques kilomètres ou quelques dizaines de kilomètres dans la possibilité de localiser un objet. "

De la théorie à la réalité

Quant au trou de ver, qui permet à l’équipage de "se téléporter" d’un point à un autre dans l’univers ? Eh bien c’est possible… en théorie ! "Les trous de ver sont compatibles avec la théorie de la relativité générale d’Einstein, affirme Roland Lehoucq. Ce que constate Kip Thorne, c’est qu’un trou de ver comme dans Interstellar nécessite pour sa création de la matière ordinaire très compacte et une matière exotique dont l’énergie de masse serait négative. Matière exotique dont on n’a jamais vu la trace pour l’instant dans aucune observation astrophysique de l’univers…"

Argument suffisant pour ranger les plans de voyages interstellaires au placard ? "La théorie de la relativité générale a été publiée en 1915. L’existence d’astres tels que les trous noirs était considéré à l’époque comme scandaleuse et impossible, à tel point qu’Einstein lui-même se disait qu’il devait y avoir un problème quelque part. En réalité, il a été démontré aux alentours des années 70 qu’un certain nombre de phénomènes observables dans le ciel ne pouvaient être expliqués que par l’existence de trous noirs, sans pour autant qu’on puisse les voir directement. On est donc passé d’un objet hypothétique issu d’une théorie qui semblait bien fonctionner, à un objet qu’on a finalement pu constater dans le réel astrophysique."

Les trous de ver ont donc encore le statut qu’avaient les trous noirs il y a une cinquantaine d’années. Pourrait-on donc un jour découvrir cette fameuse matière exotique nécessaire à leur fabrication ? Sans l’affirmer, cela ne semble pas impossible pour Yaël Nazé, astrophysicienne et chercheuse FNRS à l’ULiège : "C’est difficile d’imaginer où on en sera dans 50 ou 100 ans. Il faut se rendre compte qu’il y a 100 ans, on était à peine en train de découvrir que notre galaxie n’était pas unique dans l’univers et que notre soleil n’était pas au centre de notre galaxie. Donc, pourquoi pas ?"

Fictions d’hier, Sciences d’aujourd’hui, une série proposée par Véronique Thyberghien et Cédric Vanstraelen. (9 épisodes : le lundi à 10.00, dans Tendances Première, du 28 juin au 23 août). Coproduction de La Première et We tell Stories.

Newsletter La Première

Recevez chaque vendredi matin un condensé d'info, de culture et d'impertinence.

OK