Андрей Тихомиров
La recherche scientifique certifie-3
Trous noirs dans l'Univers
Rajibul Sheikh, de l'institut de recherche fondamentale Tata en Inde, a proposé un moyen de distinguer les cols des trous de taupes des trous noirs. Préimpression d'un article scientifique avec des dispositions théoriques de la physique publié sur le site arXiv.org.
Le trou de taupe (également appelé trou de ver et trou de ver) est un objet hypothétique, à chaque Instant représentant un "tunnel direct" entre certaines régions de l'espace. Imaginez un morceau de papier froissé. Vous pouvez voyager sans quitter sa surface. Ensuite, pour passer du Point a au point B, vous devrez surmonter consciencieusement tous ses virages. Et vous pouvez "percer" la surface et arriver au bon point de l'autre côté directement. C'est une telle opportunité et fournit un trou de ver (bien sûr, pas les vaisseaux spatiaux, mais au mieux les photons).
Les terriers de taupes excitent depuis longtemps l'imagination des physiciens, car c'est un moyen de regarder dans les zones de l'espace inaccessibles à l'observation directe en raison de la très faible vitesse de la lumière à l'échelle de l'espace. De plus, selon certaines théories, les trous de ver relient différents univers dans le Multivers. Donc, vous pouvez potentiellement regarder dans un autre univers.
La présence de trous de ver ne contredit pas la relativité générale d'Einstein – la théorie de l'espace-temps la plus profonde et la mieux testée à ce jour. Cependant, pour maintenir la taupe, des formes exotiques de matière sont nécessaires, dont les physiciens ne sont pas encore sûrs.
Là où les théoriciens manquent de connaissances, l'observation peut aider. La difficulté est que pour un astronome, "l'entrée" dans un trou de taupe (le col, comme le disent les experts) devrait ressembler à peu près à un trou noir.
Comme vous le savez, les trous noirs ne sont pas observés directement, alors ils sont noirs. Ils sont détectés grâce à la lueur de la matière qui leur tombe, aux paramètres des orbites des corps satellites et, plus récemment, aux ondes gravitationnelles. Jusqu'à présent, cependant, les astronomes ne connaissaient aucun moyen de distinguer un trou noir d'un trou de taupe.
Le Cheikh propose une telle méthode. Il est basé sur une structure particulière qui se forme en raison de l'effet de la gravité d'un trou noir sur les photons qui l'entourent. C'est une zone sombre caractéristique sur un fond clair, ce qu'on appelle l'ombre. La source de "l'illumination" nécessaire pour créer une ombre peut être à la fois un disque de matière tombant dans un trou noir (un disque d'accrétion, comme le disent les experts) et d'autres corps célestes.
Le physicien a examiné une certaine classe de trous de ver, les soi-disant trous de taupes de Théo. Il a théoriquement étudié la dépendance de la forme de l'ombre du cou à la vitesse de sa rotation autour de son axe. L'auteur a ensuite comparé les résultats obtenus au comportement du modèle de trou noir en rotation le plus populaire, connu sous le nom de trou noir de Kerr.
Comme le précise la publication ScienceAlert, il s'est avéré que la rotation lente du col du trou de ver ne peut pas être distinguée du trou noir. Cependant, si l'objet tourne plus vite, la forme de l'ombre nous permet de dire, le trou noir devant nous ou encore le col du trou de ver. Il est important que de telles vitesses ne soient pas extrêmement élevées et puissent être observées dans la réalité.
"Les résultats obtenus ici montrent que les trous de ver examinés dans ce travail et ayant une vitesse de rotation raisonnable autour de leur axe, grâce aux observations de leurs ombres, peuvent être distingués des trous noirs", écrit Sheikh dans l'annotation de son article.
La difficulté réside dans le fait qu'à ce jour, les ombres des trous noirs ou des cols des trous de taupes n'ont jamais été observées. La raison en est que cela nécessite une très haute résolution (capacité à distinguer les petits détails). Cependant, le système de radiotélescopes EHT, conçu pour "voir" directement l'horizon des événements du trou noir, aurait les paramètres nécessaires et a déjà effectué les premières observations.
Les scientifiques de l'Université Johns Hopkins ont proposé l'hypothèse de l'existence d'un type particulier d'objets spatiaux, qui sont invisibles et déforment la lumière comme des trous noirs, mais ne possèdent pas l'horizon classique des événements. La découverte est rapportée dans un article publié dans la revue Physical Review D.
Les chercheurs ont profité de la théorie des cordes pour effectuer une recherche théorique d'objets capables de reproduire les mêmes effets gravitationnels que les trous noirs. Ils ont constaté que cette condition correspondait aux solitons topologiques, qui sont un type inhabituel de déformation de l'espace et du temps impliquant des mesures compactes supplémentaires.
Des simulations informatiques ont montré que les solitons topologiques, contrairement aux trous noirs ordinaires, émettent de faibles rayons lumineux qui, autrement, n'auraient pas pu échapper à la gravité d'un vrai trou noir. Les photons se déplacent sur de nombreuses trajectoires courbes, ce qui rend l'ombre du faux trou noir floue. Dans un trou noir ordinaire, une telle ombre définit les limites de l'horizon des événements – une zone à partir de laquelle la lumière ne peut pas s'échapper.
Les solitons topologiques sont le résultat d'une modification de la relativité générale d'Einstein en 2021 à l'aide de quelques conclusions de la théorie des cordes. Ils sont un exemple d'objets exotiques dans le cadre de la gravité quantique, qui tente d'harmoniser la mécanique quantique et les effets de la théorie de la relativité. Cependant, même sans l'utilisation de la théorie des cordes, il est possible d'exister d'autres objets hypothétiques qui sont des alternatives aux trous noirs – par exemple, les étoiles bosoniques et les gravastars.
Du livre de Tikhomirov A. E. Structural levels and systemic organization of matter. "Litres", Moscou, 2023, P. 1 (traduit de l'anglais): «les Physiciens théoriciens de l'Université Radbaud de Nimègue ont mené une étude en vérifiant la validité de la théorie de Stephen Hawking sur les trous noirs. Les résultats obtenus l'ont confirmée en partie et ont également permis de suggérer que tout dans l'Univers s'évapore progressivement. La nouvelle étude théorique a été menée par les physiciens Michael Vondrack, Walter Van Suilek et Heino Falke. Ils ont testé la théorie du célèbre physicien théoricien Stephen Hawking sur les trous noirs et ont découvert qu'il avait raison à bien des égards, mais pas à tout. À un moment donné, Hawking, utilisant une combinaison de physique quantique et de théorie de la gravité d'Einstein, a fait valoir que la naissance spontanée et l'annihilation de paires de particules devraient se produire près de l'horizon des événements. Le soi-disant "point de non-retour", c'est-à-dire un trait invisible derrière lequel pour tous les objets, même les plus petits, il n'y a plus de salut de la force gravitationnelle d'un trou noir.
La particule et son antiparticule naissent du champ quantique pendant très peu de temps, après quoi ils s'annihilent immédiatement. Mais parfois, il arrive encore qu'une particule tombe dans un trou noir, et l'autre s'envole. Ce phénomène a été appelé le rayonnement de Hawking. Selon Hawking lui-même, un tel processus devrait éventuellement conduire à l'évaporation du trou noir.
