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Article initial paru le 01/04/2015
Comme la date de parution en fait foi, la découverte annoncée est bien sûr un poissonpoisson d'avril. En témoigne notamment la photographiephotographie extraite du tournage du film de la Warner Bross, Interstellar. En revanche, à côté de l'actrice Jessica Chastain, qui joue le rôle de la physicienne Murphy Cooper dans le film de Christopher Nolan, se tient le grand astrophysicienastrophysicien relativiste Kip Thorne, conseiller technique du film. Thorne a découvert au milieu des années 1980 la première solution des équations de la gravitation d'EinsteinEinstein décrivant un trou de ver traversable. Elle permet d'imaginer qu'un jour l'Homme pourrait voyager entre les étoiles en créant un tel objet. Thorne, grand spécialiste des trous noirs et des ondes gravitationnellesondes gravitationnelles, a contribué à la réalisation du projet LigoLigo qui, tout comme VirgoVirgo, n'a rien détecté.
Le physicienphysicien Eric Poisson existe vraiment et il a été l'élève de Kip Thorne mais il n'a bien sûr pas écrit d'article avec Murphy Cooper, personnage de fiction. Tout aussi réel est le physicien Brian Lacki qui a récemment publié sur arxivarxiv (voir les liens ci-dessous) un travail qui a servi d'inspiration pour cet article du 1er avril et d'où sont extraits certains des chiffres utilisés. Il a effectivement proposé que des civilisations E.TT. avancées, du genre de celles décrites par Kardashev, aient décidé de devenir des sortes d'ingénieurs cosmiques utilisant un trou noir pour sonder les mystères de la gravitation quantiquegravitation quantique. Tout ce qui est dit dans l'article est donc scientifiquement plausible (le physicien Sanjeev S. Seahra, par exemple, a bien mené des calculs sur ordinateurordinateur pour étudier des ondes gravitationnelles dans un univers de Randall-Sundrum, lequel permet d'espérer la création de minitrous noirs au LHC). Brian Lacki a effectivement proposé de détecter ces E.T. en observant des flux de neutrinosneutrinos anormaux qui révéleraient une de leurs expériences. Mais pas plus que Ligo et Virgo, IceCube n'a pas détecté ces flux.
Juste avant que les travaux pour Advanced Ligo et Advanced Virgo ne débutent, les détecteurs d'ondes gravitationnelles de Ligo et Virgo avaient enregistré un signal anormalement fort. Tout indiquait qu'il devait s'agir d'un flashflash de ces ondes produites par un événement astrophysiqueastrophysique catastrophique. Trop catastrophique pour être crédible cependant car, en première analyse, étant donné son intensité, il aurait dû se produire dans la Voie lactéeVoie lactée alors que ces événements sont rares. La perplexité des astrophysiciens relativistes a augmenté quand ils ont commencé à analyser la forme du signal obtenu. Il ne correspondait à aucun de ceux générés sur ordinateur depuis que la relativité numérique avait permis d'étudier les collisions d'astresastres compacts et en particulier absolument pas à la coalescencecoalescence de deux trous noirs. Or, aucune source dans le visible ou en rayon gammarayon gamma à l'intérieur de la GalaxieGalaxie, comme par exemple une hypernovahypernova, n'avait accompagné l'événement détecté à la fois par Vigo et Ligo. Ce qui avait permis d'exclure un défaut de fonctionnement d'un des détecteurs ou une perturbation d'origine terrestre, comme par exemple un séismeséisme.
Restait une autre fenêtrefenêtre d'observation pour étudier le phénomène : les neutrinos. Tout comme les ondes gravitationnelles, il s'agit d'un rayonnement astrophysique particulièrement pénétrant et il est copieusement produit lors de l'effondrementeffondrement des étoiles qui deviennent des supernovaesupernovae comme cela a été démontré en 1987. Les neutrinos émis par l'explosion de l'étoile Sanduleak, plus connue sous le nom de supernova SNSN 1987A, avaient alors été observés par KamiokaNDE II (Kamioka Nucleon Decay Experiment II), l'un des prédécesseurs de Super-Kamiokande, le célèbre détecteur japonais. En 2013, les membres de la collaboration IceCube, un autre télescopetélescope à neutrinos installé celui-ci en AntarctiqueAntarctique, avaient annoncé la détection de 28 neutrinos possédant des énergiesénergies comprises entre 30 et 1.200 TeV. Ces neutrinos pouvaient avoir été produits aux abords des trous noirs supermassifstrous noirs supermassifs et des quasars.
Deux étoiles à neutrons séparées par une vingtaine de kilomètres ont été simulées sur un superordinateur. Ces images de synthèse en sont extraites et montrent la collision de ces deux étoiles qui forment un trou noir. On peut estimer le flux d'ondes gravitationnelles et de neutrinos que génère une telle catastrophe cosmique à l'origine de certains sursauts gamma. © Nasa Goddard, YouTube
Des neutrinos de plusieurs centaines de ZeV dans IceCube
On apprend maintenant que IceCube a détecté en concordance avec le signal observé par Ligo et Virgo un brusque pic du flux de neutrinos de très hautes énergies. Mais les chiffres obtenus concernant les énergies de ces neutrinos sont confondants. Ceux détectés ont des énergies comprises entre le zetta et le yotta électron-voltélectron-volt (ZeV et YeV respectivement) c'est-à-dire entre un et mille milliards de TeV. Là encore, aucun processus astrophysique connu ne colle avec ces observations. Quel phénomène incroyablement énergétique, produit dans la Voie lactée mais n'ayant laissé aucune trace dans le visible, en X ou en gamma, pouvait-il avoir libéré de si gigantesques quantités d'énergies sous forme d'ondes gravitationnelles et de neutrinos ?
Aucune équipe n'avait encore décidé de communiquer publiquement sur cette découverte, suspectant un biais quelconque, comme dans l'affaire des neutrinos transluminiques d'Opera. Mais voilà qu'un chercheur spécialiste en physiquephysique des astroparticulesastroparticules de l'université de Princeton vient de déposer sur arXiv un papier audacieux dans lequel se trouve peut-être la solution de l'énigme.
L'idée de Brian Lacki découle en droite ligne des spéculations d'un de ses célèbres collègues de l'Institute for Advanced Studies : Freeman Dyson. Elle met en scène une civilisation E.T. dont les besoins en énergie ont tellement augmenté qu'elle doit utiliser au moins toute l'énergie libérée par son SoleilSoleil. Pour cela, elle l'enferme dans une sphère de matièrematière afin de récupérer tout le rayonnement émis par son étoile. Pour accomplir un tel exploit, cette civilisation devrait être particulièrement avancée technologiquement. Mais il semble que rien de ce qui est autorisé par les lois de la physique n'est impossible à des E.T. qui seraient devenus des super-IA.
Selon les raisonnements de Lacki, ces IAIA pourraient conduire des expériences de physique ultimes, que ce soit pour répondre aux plus profondes questions de la physique fondamentale ou pour maîtriser une technologie ultime, celle basée sur une théorie unifiée des interactions et de la gravitation quantique. Il faudrait pour cela atteindre l'énergie de PlanckPlanck et disposer d'une version du LHC digne de la science-fiction la plus échevelée.
Nicolaï Kardashev est un pionnier de la recherche des extraterrestres en radioastronomie ainsi que de la physique des trous de ver. © Russian Academy of Sciences
Un LHC qui consommerait 70 fois la masse du Soleil en énergie
Brian Lacki a entrepris de préciser les contraintes que devrait satisfaire le fonctionnement d'une telle machine ou de cousines analogues aux synchrotrons. L'équivalent d'un LHC devrait fonctionner pendant au moins un million d'années pour produire un seul événement comme la production d'un minitrou noir de la massemasse de Planck et consommer 70 fois la masse du Soleil en énergie. Mais un accélérateur qui provoquerait des collisions non pas de protonsprotons mais de neutrinos serait plus compact et ne nécessiterait qu'un dixième de l'énergie de masse de la Lune. Il y aurait de toute façon une énorme quantité de particules secondaires à détecter et à trier pour découvrir de rares événements indicateurs de la physique de la gravitation quantique. Les conditions de fonctionnement de la machine feraient intervenir des densités d'énergies telles qu'elle ne serait pas loin de s'effondrer en devenant un trou noir.
Lacki s'en remet donc à une civilisation de type II et surtout III sur l'échelle de Kardashevéchelle de Kardashev. Rappelons que dans les années 1960, le radioastronome russe Nicolaï Kardashev a classé les civilisations extraterrestres en fonction de leur consommation d'énergie sur une échelle qui compte trois niveaux, le premier nécessiterait l'intégralité de l'énergie d'une planète, le deuxième d'une étoile et le troisième d'une galaxie. L'astrophysicien suggère que des scientifiques de cet acabit ont décidé d'utiliser un trou noir massif, probablement entouré par une sphère de Dysonsphère de Dyson, pour fabriquer un accélérateur permettant de sonder la physique de la gravitation quantique. Une telle sphère ne laisserait passer que des ondes gravitationnelles et des neutrinos résultants de l'expérience. Quelle serait l'énergie de ces neutrinos ? Précisément de l'ordre du YeV selon Lacki !
Plus forts que le programme Seti, Ligo et IceCube aurait donc détecté une technosignature d'une civilisation E.T. de type au moins II sur l'échelle de Kardashev et dans notre Voie lactée !
L'astrophysicienne relativiste Murphy Cooper en pleine discussion au tableau noir avec le grand Kip Thorne. © Warner Bross
L'ouverture d'un trou de ver de Thorne-Morris ?
Une collègue de Brian Lacki, travaillant avec le fameux Kip Thorne du Caltech, a une théorie encore plus fascinante, recoupant les hypothèses du chercheur de Princeton. Murphy Cooper est une spécialiste d'une nouvelle branche de la relativité numériquenumérique appliquée aux modèles cosmologiques avec des dimensions spatiales supplémentaires. Dans ce cadre, elle explore avec ses collègues les signatures potentielles de la création de trous noirs et de trous de ver dans les univers de Randall-Sundrum. De telles signatures sont susceptibles d'émerger dans des théories à basses masses de Planck et de conduire à des prédictions testables avec le LHC ou eLisa. Cooper a eu l'idée de comparer ses tout derniers résultats sur ordinateurs avec les signaux détectés par Ligo et Virgo : ils concordaient !
La chercheuse reste prudente car il s'agit encore au fond de résultats préliminaires et quelque peu spéculatifs. Mais il semble bel et bien que les mesures faites avec Ligo, Virgo et IceCube soient précisément celles que l'on attendrait du signal de l'ouverture d'un trou de ver traversable par une civilisation de type II cherchant à voyager entre les galaxies ou même à atteindre un univers parallèle. Plusieurs articles sur ces découvertes, que Murphy Cooper a écrit avec son collègue Éric Poisson du Perimeter Institute for Theoretical Physics, devraient être déposés sur arXiv ce premier avril. Ils seront accompagnés de ceux des collaborations Ligo, Virgo et IceCube.
