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    Les trous noirs acquièrent de nouveaux pouvoirs lorsqu'ils tournent assez vite

    Le conflit entre la relativité et la théorie quantique conduit au paradoxe du pare-feu. Crédit :Jeremy Perkins / Unsplash

    La relativité générale est une théorie mathématique profondément complexe, mais sa description des trous noirs est étonnamment simple. Un trou noir stable peut être décrit par seulement trois propriétés :sa masse, sa charge électrique et sa rotation ou spin. Étant donné que les trous noirs ne sont pas susceptibles d'avoir beaucoup de charge, cela ne prend vraiment que deux propriétés. Si vous connaissez la masse et la rotation d'un trou noir, vous savez tout sur le trou noir.

    Cette propriété est souvent résumée comme le théorème sans cheveux. Spécifiquement, le théorème affirme qu'une fois que la matière tombe dans un trou noir, la seule caractéristique qui reste est la masse. Vous pourriez faire un trou noir avec la valeur d'un soleil d'hydrogène, chaises ou ces vieilles copies de National Geographic du grenier de grand-mère, et il n'y aurait aucune différence. La masse est la masse en ce qui concerne la relativité générale. Dans tous les cas, l'horizon des événements d'un trou noir est parfaitement lisse, sans fonctionnalités supplémentaires. Comme l'a dit Jacob Bekenstein, "les trous noirs n'ont pas de cheveux."

    Mais avec tout son pouvoir prédictif, La relativité générale a un problème avec la théorie quantique. Cela est particulièrement vrai avec les trous noirs. Si le théorème sans cheveux est correct, l'information contenue dans un objet est détruite lorsqu'elle traverse l'horizon des événements. La théorie quantique dit que l'information ne peut jamais être détruite. Ainsi, la théorie valide de la gravité est contredite par la théorie valide des quanta. Cela conduit à des problèmes tels que le paradoxe du pare-feu, qui ne peut pas décider si un horizon d'événements doit être chaud ou froid.

    La température dans une pièce est un exemple de champ scalaire. Crédit :Lucas Vieira

    Plusieurs théories ont été proposées pour résoudre cette contradiction, impliquant souvent des extensions à la relativité. La différence entre la relativité standard et ces théories modifiées ne peut être vue que dans des situations extrêmes, ce qui les rend difficiles à étudier par observation. Mais un nouveau papier dans Lettres d'examen physique montre comment ils pourraient être étudiés à travers la rotation d'un trou noir.

    De nombreuses théories de la relativité modifiées ont un paramètre supplémentaire non vu dans la théorie standard. Connu sous le nom de champ scalaire sans masse, cela permet au modèle d'Einstein de se connecter à la théorie quantique d'une manière qui n'est pas contradictoire. Dans ce nouveau travail, l'équipe a examiné comment un tel champ scalaire se connecte à la rotation d'un trou noir. Ils ont découvert qu'à faible rotation, un trou noir modifié est indiscernable du modèle standard, mais à hautes rotations, le champ scalaire permet à un trou noir d'avoir des fonctionnalités supplémentaires. En d'autres termes, dans ces modèles alternatifs, les trous noirs en rotation rapide peuvent avoir des poils.

    Les aspects velus des trous noirs en rotation ne seraient visibles que près de l'horizon des événements lui-même, mais ils affecteraient également la fusion des trous noirs. Comme le soulignent les auteurs, les futurs observatoires d'ondes gravitationnelles devraient pouvoir utiliser des trous noirs à rotation rapide pour déterminer si une alternative à la relativité générale est valable.

    La théorie de la relativité générale d'Einstein a réussi jusqu'à présent tous les défis d'observation, mais il se décomposera probablement dans les environnements les plus extrêmes de l'univers. Des études comme celle-ci montrent comment nous pourrions être en mesure de découvrir la théorie qui vient ensuite.


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