En novembre 2014, Interstellar, le désormais mythique film de Christopher Nolan sortait sur les écrans de l’hexagone. Il avait bénéficié des conseils du prix Nobel de physique Kip Thorne qui avait saisi l’occasion de présenter au grand public l’Univers fascinant des espace-temps courbes dynamiques, découverts par EinsteinEinstein et ses successeurs via la théorie de la relativité générale.
Pour beaucoup, ce film a été une révélation, non seulement sur le monde des trous noirs, des trous de ver et de la relativité du temps qui passe, mais aussi plus généralement sur ce qui rend l’étude de la physique passionnante. Incidemment, lorsque Nolan réalise plus tard Oppenheimer, il va du même coup rendre hommage à un des découvreurs principaux de l’existence théorique des trous noirs.
Les héros d’Interstellar aux abords de Gargantua. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Paramount Movies
Les trous noirs, entre mystère et fascination
Aujourd’hui, ces astres compacts font régulièrement la une de l’actualité scientifique, aussi bien avec des détections d’ondes gravitationnellesondes gravitationnelles générées par des collisions entre trous noirs qu’avec des images de certains de ces trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs, comme le Gargantua d’Interstellar, entourés d’un disque d’accrétiondisque d’accrétion et montrant en quelque sorte l’ombre de l’horizon des événementshorizon des événements de ces géants grâce à la collaboration mondiale de l’Event Horizon Telescope.
Parmi ceux pour qui Interstellar a été un coup de foudrefoudre, nombreux sont sans doute ceux qui veulent en savoir plus sur les mondes d’Einstein, Oppenheimer et Kip Thorne, qui sont aussi les mondes de Stephen Hawking et Roger Penrose.
Il y a presque 30 ans, Thorne avait justement écrit une excellent livre sur la révolution apportée par la relativité générale exposant les travaux des pionniers de la physique des trous noirs, des trous de ver et des ondes gravitationnelles, lui-même en faisant partie. L’ouvrage avait été traduit en France sous le titre Trous noirs et distorsions du temps : L’héritage sulfureux d’Einstein.
Interview-portrait de Jean-Pierre Luminet, auteur de la première simulation numérique de trou noir. © Réal. B. Vignaux, A. Lardilleux, Prod. Universcience, 2023
Jean-Pierre Luminet, pionnier de la physique des trous noirs
Thorne avait ensuite écrit The Science of Interstellar, mais le livre n’a à ce jour pas été traduit en français. Qu’à cela ne tienne, l’un des pionniers de la physique des trous noirs, plus précisément au sujet de la prédiction théorique de l’aspect de ces astres compacts lorsqu’ils sont entourés d’un disque d’accrétion chaud et lumineux, ainsi que des effets des forces de maréeforces de marée parfois gigantesques qu’ils peuvent produire sur des étoilesétoiles, n’est autre que l’astrophysicienastrophysicien et cosmologiste relativiste français Jean-Pierre Luminet.
Le saviez-vous ?
C’est en 1972, lors des sessions d’été de l’école des Houches, fondée par la physicienne française Cécile DeWitt-Morette, que le fils du double prix Nobel de physique John Bardeen, James Bardeen, s’appuyant sur les travaux antérieurs de l’astrophysicien australien Brandon Carter, a posé les bases des recherches sur les effets de lentille gravitationnelle produit par des trous noirs en rotation. Mais les calculs de James Bardeen ne portaient que sur un trou noir sans disque d’accrétion.
En 1978, ce sont des images simulées que verrait une caméra en orbite autour d’un trou noir statique, avec un champ d’étoiles en arrière-plan, qui furent réalisées par Leigh Palmer, Maurice Pryce et William Unruh sur un écran graphique vectoriel Evans et Sutherland à l’Université Simon Fraser.
Mais la modélisation des premières images que l’on verrait pour un trou noir sans rotation avec un disque d’accrétion ont été produites en 1979 par Jean-Pierre Luminet.
En 2015, il avait déjà écrit – sur le blogblog de Futura mis à sa disposition – une série de billets sur la physique étrange d’Interstellar. Leur contenu avec des développements se trouvent aujourd’hui dans un petit livre facile à lire et passionnant, publié par les éditions Dunod. En complément, rappelons que Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminet avait publié aux éditions Tallandier : Les trous noirs en 100 questions.
Les héros d’Interstellar aux abords du trou de ver traversable, un raccourci dans l’espace-temps. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Paramount Movies
Sur le site de Dunod, l’ouvrage de Jean-Pierre Luminet, intitulé Voyager dans un trou noir avec Interstellar, est présenté de la façon suivante :
Trous noirs, trous de ver, trous blancs : la théorie de la relativité générale d’Einstein n’en finit pas de stimuler les spéculations les plus extravagantes sur les distorsions cosmiques et la possibilité de voyages spatio-temporels. Serait-il possible de plonger dans un trou noir, d’emprunter le trou de ver correspondant et de ressortir par un trou blanc pour déboucher en un temps record dans une région très lointaine de l’Univers, voire dans un « univers parallèle » ?
Le film de Christopher Nolan, Interstellar, imagine ainsi la possibilité pour l’humanité d’échapper à une Terre moribonde pour s’établir sur une nouvelle planète accueillante. Ce film est-il crédible ? Les trous de ver sont-ils traversables ? Qu’y a-t-il aux abords et à l’intérieur d’un trou noir ? Existe-t-il une « équationéquation ultime » qui permettrait de maîtriser les lois de la gravitégravité ?
Comme les personnages d’Interstellar, embarquez aux côtés de Jean-Pierre Luminet pour un voyage au cœur des trous noirs.
L’ouvrage est découpé en plusieurs chapitres qui analysent la science derrière plusieurs passages du film, dont nous donnons quelques extraits :
- Prologue : Exploiter des distorsions cosmiques.
- Chapitre 1 : Des raccourcis de l’espace-temps.
- Chapitre 2 : Un trou noir géant en rotation rapide.
- Chapitre 3 : Voir l’ombre d’un trou noir.
- Chapitre 4 : DilatationDilatation temporelle.
Gargantua est responsable d’effets de marée gigantesque sur une des exoplanètes en orbite autour de lui. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Paramount Movies
Joseph Cooper dans le tesseract communique avec sa fille via des ondes gravitationnelles. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Paramount Movies
- Chapitre 8 : L’équation ultime.
En ce qui concerne l’équation ultime, en complément du livre chez Dunod, il est intéressant de lire l’ouvrage que Jean-Pierre Luminet avait écrit pour Odile Jacob et qui traite de « l’écume de l’espace-temps ».
Pour la petite histoire, dans son dernier opus, Jean-Pierre Luminet révèle les dessous des échanges qu’il avait eus avec Kip Thorne au sujet d’Interstellar. Le film était présenté comme exact scientifiquement avec les images représentant un trou noir avec disque d’accrétion et un trou de ver (wormhole en anglais). En fait, ce n’était pas le cas, comme le lecteur le découvrira, ainsi que les réponses données par Thorne à ce sujet.
Deuxième vidéo de présentation de l’ouvrage de Jean-Pierre Luminet « Les trous noirs en cent questions » (Tallandier, septembre 2022). L’auteur répond aux quatre questions suivantes : Comment la relativité générale prédit-elle l’existence des trous noirs ? Est-il vrai qu’Einstein ne croyait pas aux trous noirs ? Qu’est-ce que l’effondrement gravitationnel ? Quand a-t-on commencé à croire que les trous noirs pouvaient vraiment exister ? © Jean-Pierre Luminet
