Les scientifiques ont révélé de nouvelles informations sur le comportement des trous noirs grâce à des recherches qui démontrent comment un phénomène appelé rétro-réaction peut être simulé.

L'équipe de l'Université de Nottingham a utilisé sa simulation d'un trou noir, impliquant un réservoir d'eau spécialement conçu, pour cette dernière recherche publiée dans Lettres d'examen physique . Cette étude est la première à démontrer que l'évolution des trous noirs résultant des champs qui les entourent peut être simulée dans une expérience de laboratoire.

Les chercheurs ont utilisé un simulateur de réservoir d'eau constitué d'un vortex de drainage, comme celui qui se forme lorsque vous tirez le bouchon dans le bain. Cela imite un trou noir car une onde qui s'approche trop près du drain est entraînée dans le trou du bouchon, incapable de s'échapper. Des systèmes comme ceux-ci sont devenus de plus en plus populaires au cours de la dernière décennie comme moyen de tester les phénomènes gravitationnels dans un environnement de laboratoire contrôlé. En particulier, Le rayonnement de Hawking a été observé dans une expérience de trou noir analogique impliquant l'optique quantique.

En utilisant cette technique, les chercheurs ont montré pour la première fois que lorsque des ondes sont envoyées dans un trou noir analogique, les propriétés du trou noir lui-même peuvent changer de manière significative. Le mécanisme sous-jacent à cet effet dans leur expérience particulière a une explication remarquablement simple. Quand les vagues s'approchent du drain, ils poussent efficacement plus d'eau dans le trou du bouchon, ce qui diminue la quantité totale d'eau contenue dans le réservoir. Il en résulte une modification de la hauteur d'eau, ce qui dans la simulation correspond à une modification des propriétés du trou noir.

Auteur principal, Le chercheur post-doctoral Dr. Sam Patrick de l'École des sciences mathématiques de l'Université de Nottingham explique :« Pendant longtemps, il n'était pas clair si la contre-réaction conduirait à des changements mesurables dans les systèmes analogiques où le flux de fluide est entraîné, par exemple, à l'aide d'une pompe à eau. Nous avons démontré que les trous noirs analogiques, comme leurs homologues gravitationnels, sont des systèmes intrinsèquement rétroréactifs. Nous avons montré que les vagues se déplaçant dans une baignoire drainante poussent l'eau dans le trou du bouchon, modifier de manière significative la vitesse de drainage et par conséquent changer l'attraction gravitationnelle effective du trou noir analogique.

Ce qui était vraiment frappant pour nous, c'est que la contre-réaction est suffisamment importante pour faire chuter la hauteur d'eau dans tout le système à un point tel que vous pouvez la voir à l'œil nu ! C'était vraiment inattendu. Notre étude ouvre la voie à l'exploration expérimentale des interactions entre les ondes et les espaces-temps dans lesquels elles se déplacent. Par exemple, ce type d'interaction sera crucial pour étudier l'évaporation des trous noirs en laboratoire."

La recherche sur les trous noirs à l'Université de Nottingham a récemment reçu une aide financière de 4,3 millions de livres sterling pour un projet de trois ans qui vise à fournir de plus amples informations sur la physique de l'univers primitif et des trous noirs.

L'équipe de recherche utilisera des simulateurs quantiques pour imiter les conditions extrêmes de l'univers primitif et des trous noirs. L'équipe de Nottingham utilisera un nouveau laboratoire d'État pour mettre en place un nouveau système optomécanique hybride superfluide pour imiter les processus de trou noir quantique en laboratoire.