Interstellar : Quand le cinéma aide la science

Le trou noir Gargantua représenté dans Interstellar. Source : http://www.wired.com/2014/10/astrophysics-interstellar-black-hole/

D’habitude, quand les astrophysiciens commentent un film de science-fiction, c’est plutôt pour s’en moquer. Les réalisateurs prennent souvent des libertés avec les lois de la physique. L’exemple le plus emblématique est sûrement les très bruyantes batailles dans l’espace de Star Wars. Or, pas d’air signifie pas de son ! Mais le dernier film de Chris Nolan, connu pour avoir réalisé Inception et Batman, a réussi le pari de ravir les spectateurs et les physiciens.

L’histoire commence avec un physicien célèbre, Kip Thorne, spécialiste des trous noirs, qui s’est attaché depuis longtemps à faire comprendre les bizarreries de la relativité d’Einstein au grand public, par de nombreux livres (que je vous recommande chaudement, voir plus bas). Cela faisait quelques années que Thorne et la productrice Lynda Obst pensaient à faire un film basé sur les propriétés étranges des trous noirs. Spielberg devait le réaliser, mais ce sont finalement les frères Nolan qui se sont lancés dans l’aventure.

Le film met en scène Matthew McConaughey en astronaute chargé d’explorer d’autres système solaires pour sauver l’humanité, au bord de l’extinction. Petit souci : les étoiles les plus proches sont très loin de nous et un voyage prendrait un temps déraisonnable. Heureusement, un trou de ver s’est formé près de Saturne, il faudra alors seulement deux ans aux astronautes pour atteindre le trou de ver et le franchir, se retrouvant illico dans un autre système solaire. Le film nous donne par la suite l’occasion d’admirer un trou noir nommé Gargantua.

Petit rappel de relativité ! Un trou de ver est un objet hypothétique qui jouerait le rôle de raccourci entre deux points de l’univers. Pour se le représenter, imaginons que notre univers à 3 dimensions spatiales n’en compte que 2, comme une feuille de papier. Un moyen de réduire la distance entre le point A et le point B est de plier la feuille de telle sorte que les points soient superposés (voir schéma). Les équations de la relativité prévoient effectivement l’existence possible de différents types de trous de ver, certains infranchissables, d’autres dans un seul sens ou dans les deux. Mais les mathématiques ne nous disent pas comment créer un trou de ver ou comment le maintenir ouvert. A nous d’imaginer !

Schéma d'un trou de ver dans un espace à deux dimensions. Réalisation : Xavier Vaisseau.

Le trou noir, quant à lui, est un objet bien réel. Il résulte de l’accumulation d’une grande quantité de matière sur une toute petite région, déformant le tissu de l’espace-temps. Toute masse exerçant une force de gravité, cette masse monumentale attire à elle tout ce qui l’entoure. La lumière elle-même ne peut en réchapper.

Le trou noir le plus proche est celui situé au centre de notre galaxie, à 26 000 années-lumière de nous. Autant dire qu’on est encore loin d’avoir une photo d’un trou noir, même si c’est l’objectif de certains des télescopes les plus modernes comme ALMA. Les observations des trous noirs sont aujourd’hui pour la plupart indirectes. Ce sont plutôt les effets de la présence d’un trou noir qui sont observés : déformation de la lumière, influence gravitationnelle sur les étoiles environnantes...

Et c’est là que Interstellar devient très intéressant pour les astrophysiciens. Le trou de ver et le trou noir ne sont pas représentés de manière fantaisiste par les techniciens des effets spéciaux, ils sont basés sur de véritables équations, permettant alors de visualiser ces objets de très près ! Certains résultats de ces simulations ont même surpris Thorne, par exemple l’aspect de l’environnement proche du trou noir. Les physiciens savaient que la matière et la lumière dévorées formaient un disque autour du trou noir, mais la déformation de l’espace-temps par celui-ci est telle que le disque apparaît également au dessus et en dessous du trou noir (voir image). Kip Thorne pense même pouvoir publier deux articles scientifiques grâce au film !

Le résultat n’est pas seulement vrai, il est aussi magnifique et je vous recommande vivement ce voyage interstellaire.

Pour aller plus loin :

• Plus sur Kip Thorne et Interstellar (en anglais)
  

Livre de Kip S. Thorne : Trous noirs et distorsions du temps, l’héritage sulfureux d’Einstein, Champ Flammarion, 1997.