Des scientifiques déclarent que les trous noirs ont des structures semblables à des vortex

Un groupe de chercheurs a montré que les trous noirs abritent d’étranges structures en forme de vortex, ce qui ajoute de l’eau au moulin du mystère qui entoure les trous noirs.

Un trou noir est un énorme objet astronomique dont l’attraction gravitationnelle est si forte que même la lumière ne peut s’en échapper. Bien que les trous noirs soient connus depuis le 18e siècle, ce n’est qu’en 2015 qu’ils ont été observés directement pour la première fois.

Un certain nombre d’études théoriques et expérimentales ont été menées depuis lors dans le but de mieux comprendre ces objets cosmologiques fascinants. Une variété de théories et de découvertes ont été faites sur la dynamique, les propriétés et les caractéristiques des trous noirs.

Récemment, la Ludwig-Maximilians-Universität et le Max-Planck-Institut für Physik ont mené une étude théorique explorant la possibilité que les trous noirs aient des tourbillons. Dans leur article publié dans Physical Review Letters, ils proposent que les trous noirs soient capables de supporter des structures tourbillonnaires.

Florian Kühnel, l’un des chercheurs qui ont mené l’étude, a déclaré à Phys.org qu’un nouveau cadre quantique pour les trous noirs avait été introduit sur la base des condensats de Bose-Einstein des gravitons. “Jusqu’à la publication de cette recherche, les trous noirs rotatifs n’avaient pas été bien étudiés dans ce cadre. Cependant, non seulement ils pourraient exister, mais ils pourraient aussi être la norme plutôt que l’exception”, a ajouté Kühnel.

Sur la base des théories physiques existantes, Kühnel, Gia Dvali et Michael Zantedeschi ont effectué plusieurs calculs, notamment le modèle quantique des trous noirs à condensats de gravitons de Bose-Einstein, récemment développé. Pour déterminer si les trous noirs en rotation admettraient effectivement des structures tourbillonnaires, ils les ont examinés au niveau quantique.

La première image du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée – Sagittarius A*. Crédit : ESA

Grâce à des recherches intensives en laboratoire, les condensats de Bose-Einstein en rotation peuvent présenter des structures tourbillonnaires s’ils sont mis en rotation suffisamment rapidement, a expliqué M. Kühnel. Ces recherches ont conduit les scientifiques à rechercher ces structures dans des modèles de trous noirs en rotation, et ils l’ont fait.

Selon Kühnel et ses collègues, un trou noir avec un spin extrême peut être décrit comme un condensat de gravitons qui présente des vortex. Selon des études antérieures, les trous noirs extrêmes sont stables face à ce que l’on appelle l’évaporation de Hawking, un type de rayonnement du corps noir censé être libéré en dehors de l’horizon des événements du trou noir.

Par conséquent, les chercheurs ont découvert que le vortex global du trou noir piège le flux magnétique du champ de jauge lorsqu’il y a des charges mobiles, ce qui produit des émissions de signature qui peuvent être observées expérimentalement. Ainsi, de nouveaux types de matière, comme la matière noire millichargé, pourraient être observés sur la base des prédictions théoriques de l’équipe.

“Au niveau classique (c’est-à-dire si l’on ferme les yeux sur la structure quantique), les trous noirs sont entièrement caractérisés par trois entités : la masse, le spin et la charge”, a déclaré Kühnel. “C’est ce que les manuels scolaires nous enseignaient jusqu’à présent. Nous avons montré qu’il est nécessaire d’inclure la vorticité.”

Selon l’équipe, l’absence de rayonnement de Hawking peut être expliquée par les tourbillons dans les trous noirs. En faisant progresser cette théorie, de nouvelles découvertes théoriques et expérimentales pourraient être faites à l’avenir.

Les observations de champs magnétiques extrêmement puissants émergeant des noyaux actifs de galaxie pourraient s’expliquer par les structures tourbillonnaires des trous noirs. En outre, elles sont probablement responsables de la quasi-totalité des champs magnétiques galactiques connus à ce jour.

Étant donné que la vorticité des trous noirs n’est qu’un domaine nouvellement établi, Kühnel a souligné l’importance d’aborder une grande variété de questions importantes et passionnantes, telles que celles liées aux applications mentionnées ci-dessus. Une observation par ondes gravitationnelles de trous noirs fusionnant et contenant des tourbillons, chacun contenant plusieurs tourbillons, pourrait également donner un aperçu de cette nouvelle physique.

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Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche