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    Les trous noirs extrêmes ont des cheveux qui peuvent être peignés

    Conception d'artiste d'un trou noir en rotation accrétant de la matière via un disque d'accrétion et émettant un jet. Crédit :NASA/JPL-Caltech

    Les trous noirs sont considérés parmi les objets les plus mystérieux de l'univers. Une partie de leur intrigue vient du fait qu'elles sont en fait parmi les solutions les plus simples aux équations de champ d'Einstein de la relativité générale. En réalité, les trous noirs ne peuvent être pleinement caractérisés que par trois grandeurs physiques :leur masse, tourner et charger. Puisqu'ils n'ont pas d'attributs "poilus" supplémentaires pour les distinguer, on dit que les trous noirs n'ont "pas de cheveux" - trous noirs de même masse, tournoyer, et la charge sont exactement identiques les uns aux autres.

    Le Dr Lior Burko de Theiss Research en collaboration avec le professeur Gaurav Khanna de l'Université du Massachusetts à Dartmouth et de l'Université de Rhode Island aux côtés de son ancien étudiant, le Dr Subir Sabharwal, a découvert qu'un type particulier de trou noir viole l'unicité du trou noir, le théorème dit « sans cheveux ». Spécifiquement, l'équipe a étudié les trous noirs extrémaux, des trous "saturés" avec la charge ou le spin maximum qu'ils peuvent éventuellement transporter. Ils ont découvert qu'il existe une quantité qui peut être construite à partir de la courbure de l'espace-temps à l'horizon du trou noir qui est conservée, et mesurable par un observateur distant. Étant donné que cette quantité dépend de la façon dont le trou noir s'est formé, et pas seulement sur les trois attributs classiques, il viole l'unicité du trou noir.

    Cette quantité constitue des "cheveux gravitationnels" et potentiellement mesurables par les observatoires d'ondes gravitationnelles récents et à venir comme LIGO et LISA. La structure de ce nouveau cheveu suit le développement d'une quantité similaire qui a été trouvée par Angelopoulos, Aretakis, et Gajic dans le contexte d'un modèle "jouet" plus simple utilisant un champ scalaire et des trous noirs sphériques, et l'étend aux perturbations gravitationnelles de celles en rotation.

    "Ce nouveau résultat est surprenant, " dit Burko, "parce que les théorèmes d'unicité du trou noir sont bien établis, et en particulier leur extension aux trous noirs extrêmes. Il doit y avoir une hypothèse des théorèmes qui n'est pas satisfaite, pour expliquer comment les théorèmes ne s'appliquent pas dans ce cas. l'équipe a suivi les travaux antérieurs d'Aretakis, qui a constaté que même si les perturbations externes des trous noirs extrêmes se désintègrent comme elles le font également pour les trous noirs réguliers, le long de l'horizon des événements, certains champs de perturbation évoluent indéfiniment dans le temps. "Les théorèmes d'unicité supposent l'indépendance du temps. Mais le phénomène d'Aretakis viole explicitement l'indépendance du temps le long de l'horizon des événements. C'est la faille à travers laquelle les cheveux peuvent sortir et être peignés à grande distance par un observatoire d'ondes gravitationnelles, " a déclaré Burko. Contrairement à d'autres travaux qui ont trouvé des cheveux dans la scalarisation des trous noirs, Burko a noté que "dans ce travail, nous travaillions avec la théorie du vide d'Einstein, sans champs dynamiques supplémentaires qui modifient la théorie et qui peuvent violer le principe d'équivalence forte."

    L'équipe a utilisé des simulations numériques très intensives pour générer leurs résultats. Les simulations impliquaient l'utilisation de dizaines d'unités de traitement graphique (GPU) Nvidia haut de gamme avec plus de 5, 000 cœurs chacun, en parallèle. "Chacun de ces GPU peut effectuer jusqu'à 7 000 milliards de calculs par seconde ; cependant, même avec une telle capacité de calcul, les simulations prennent plusieurs semaines, " dit Khanna.


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