Croquis d’un trou noir avec plusieurs vortex. Les couleurs indiquent l’orientation, avec les lignes de champ magnétique piégées associées en noir. Crédit : Dvali et al.
Les trous noirs sont des objets astronomiques dotés d’attractions gravitationnelles extrêmement fortes dont même la lumière ne peut s’échapper. Alors que l’idée de corps piégeant la lumière existe depuis le 18e siècle, la première observation directe de trous noirs a eu lieu en 2015.
Depuis, les physiciens ont mené d’innombrables études théoriques et expérimentales visant à mieux comprendre ces fascinants objets cosmologiques. Cela a conduit à de nombreuses découvertes et théories sur les caractéristiques, les propriétés et la dynamique uniques des trous noirs.
Des chercheurs de la Ludwig-Maximilians-Universität et du Max-Planck-Institut für Physik ont récemment mené une étude théorique explorant l’existence possible de vortex dans les trous noirs. Son travail, publié dans Lettres d’examen physiquemontre que les trous noirs devraient théoriquement être capables de supporter des structures de vortex.
“Récemment, un nouveau cadre quantique pour les trous noirs a été introduit, à savoir en termes de condensats de graviton de Bose-Einstein (les quanta de gravité eux-mêmes)”, a déclaré Florian Kühnel, l’un des chercheurs qui a dirigé Phys. org. “Jusqu’à la publication de notre article, les trous noirs en rotation n’avaient pas été étudiés en profondeur dans ce cadre. Cependant, il est possible qu’ils existent non seulement, mais qu’ils soient aussi la règle plutôt que l’exception.”
Kühnel et ses collègues Gia Dvali et Michael Zantedeschi ont effectué plusieurs calculs basés sur les théories physiques existantes, en particulier le modèle quantique des trous noirs récemment mis au point basé sur les condensats de gravitons de Bose-Einstein. L’objectif principal de leur étude était d’examiner les trous noirs en rotation au niveau quantique, afin de déterminer s’ils supporteraient réellement des structures de vortex.
“Depuis que les condensats rotatifs de Bose-Einstein ont fait l’objet d’études approfondies dans les laboratoires, ils sont connus pour soutenir la structure du vortex s’ils tournent assez vite”, a déclaré Kühnel. “Nous avons pris cela comme une invitation à rechercher ces structures dans des modèles de trous noirs en rotation également, et nous les avons trouvées.”
Kühnel et ses collègues ont montré qu’un trou noir avec un spin extrême peut être décrit comme un condensat de graviton avec vorticité. Ceci est conforme aux études précédentes suggérant que les trous noirs extrêmes sont stables contre ce que l’on appelle l’évaporation de Hawking (c’est-à-dire le rayonnement du corps noir que l’on pense être libéré de la surface ou de l’horizon le plus externe d’un trou noir).
De plus, les chercheurs ont montré qu’en présence de charges en mouvement, le vortex général du trou noir emprisonne un flux magnétique issu du champ de mesure, ce qui conduirait à des signatures d’émission observables expérimentalement. Les prédictions théoriques de l’équipe pourraient ouvrir de nouvelles possibilités d’observation de nouveaux types de matière, dont la matière noire millichargée.
“La vorticité est une caractéristique complètement nouvelle des trous noirs, qui sont au niveau classique (c’est-à-dire si l’on ferme les yeux sur leur structure quantique) entièrement caractérisés par trois entités : la masse, le spin et la charge”, a déclaré Kühnel. “C’est ce que nous avons appris des manuels jusqu’à présent. Nous montrons que nous devons ajouter de la vorticité.”
L’existence théorique de l’équipe de vortex dans les trous noirs offre une explication possible du manque de rayonnement de Hawking pour les trous noirs à rotation maximale. À l’avenir, cette théorie pourrait ouvrir la voie à de nouvelles observations expérimentales et conclusions théoriques.
Par exemple, les structures vortex des trous noirs pourraient expliquer les champs magnétiques extrêmement puissants qui émergent des noyaux galactiques actifs dans notre univers. De plus, ils pourraient potentiellement être à l’origine de presque tous les champs magnétiques galactiques connus.
“Nous venons tout juste d’établir le champ de vorticité des trous noirs”, a ajouté Kühnel. “Il y a une foule de questions importantes et passionnantes à aborder, y compris celles liées aux applications mentionnées ci-dessus. De plus, les futures observations d’ondes gravitationnelles provenant de la fusion de trous noirs, chacun avec un vortex (de plusieurs d’entre eux), pourraient ouvrir le porte ouverte sur ces nouveaux aspects quantiques passionnants de l’espace-temps.”
Les trous noirs acquièrent de nouveaux pouvoirs lorsqu’ils tournent assez vite
Gia Dvali et al, Tourbillons dans les trous noirs, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.129.061302
© 2022 Réseau Science X
Citation: Theoretical Physicists Argue Black Holes Support Vortex Structures (9 septembre 2022) Extrait le 10 septembre 2022 de https://phys.org/news/2022-09-theoretical-physicists-black-holes- vortex.html
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