Des objets comme Powehi, l'objet compact supermassif récemment imagé au centre de la galaxie M87, pourrait en fait être des GEODE. La GEODE Powehi, montré à l'échelle, serait d'environ 2/3 du rayon de la région sombre imagée par le télescope Event Horizon. C'est presque la même taille attendue pour un trou noir. La région contenant l'énergie noire (vert) est légèrement plus grande qu'un trou noir de même masse. Les propriétés de toute croûte (violet), si présent, dépendent du modèle GEODE particulier. Crédit :collaboration EHT; NASA/CXC/Université Villanova
Deux chercheurs de l'Université d'Hawaï à Manoa ont identifié et corrigé une erreur subtile qui a été commise lors de l'application des équations d'Einstein pour modéliser la croissance de l'univers.
Les physiciens supposent généralement qu'un système cosmologiquement grand, comme l'univers, est insensible aux détails des petits systèmes qu'il contient. Kévin Croker, chercheur postdoctoral au Département de physique et d'astronomie, et Joël Weiner, un membre du corps professoral du Département de mathématiques, ont montré que cette hypothèse peut échouer pour les objets compacts qui restent après l'effondrement et l'explosion de très grosses étoiles.
« Depuis 80 ans, nous avons généralement fonctionné en supposant que l'univers, à grands traits, n'a pas été affecté par les détails particuliers d'une petite région, " a déclaré Croker. " Il est maintenant clair que la relativité générale peut relier de manière observable des étoiles effondrées - des régions de la taille d'Honolulu - au comportement de l'univers dans son ensemble, plus de mille milliards de milliards de fois plus grand.
Croker et Weiner ont démontré que le taux de croissance de l'univers peut devenir sensible à la contribution moyenne de tels objets compacts. De même, les objets eux-mêmes peuvent devenir liés à la croissance de l'univers, gagner ou perdre de l'énergie selon la composition des objets. Ce résultat est significatif car il révèle des connexions inattendues entre la physique cosmologique et la physique des objets compacts, ce qui à son tour conduit à de nombreuses nouvelles prédictions observationnelles.
Une conséquence de cette étude est que le taux de croissance de l'univers fournit des informations sur ce qui arrive aux étoiles à la fin de leur vie. Les astronomes supposent généralement que les grandes étoiles forment des trous noirs lorsqu'elles meurent, mais ce n'est pas la seule issue possible. En 1966, Erast Gliner, un jeune physicien de l'Institut physico-technique Ioffe de Leningrad, a proposé une hypothèse alternative selon laquelle les très grosses étoiles devraient s'effondrer dans ce que l'on pourrait maintenant appeler les objets génériques de l'énergie noire (GEODE). Ceux-ci semblent être des trous noirs vus de l'extérieur mais, contrairement aux trous noirs, ils contiennent de l'énergie noire au lieu d'une singularité.
En 1998, deux équipes indépendantes d'astronomes ont découvert que l'expansion de l'Univers s'accélère, compatible avec la présence d'une contribution uniforme d'énergie noire. Il n'a pas été reconnu, cependant, que les GEODE pourraient ainsi contribuer. Avec le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont montré que si une fraction des étoiles les plus anciennes s'effondrait en GEODE, au lieu de trous noirs, leur contribution moyenne aujourd'hui produirait naturellement l'énergie noire uniforme requise.
Les résultats de cette étude s'appliquent également aux systèmes d'étoiles doubles en collision observables à travers les ondes gravitationnelles par la collaboration LIGO-Virgo. En 2016, LIGO a annoncé la première observation de ce qui semblait être un système de double trou noir en collision. On s'attendait à ce que de tels systèmes existent, mais la paire d'objets était étonnamment lourde - environ 5 fois plus grande que les masses de trous noirs prédites dans les simulations informatiques. En utilisant le formalisme corrigé, Croker et Weiner ont examiné si LIGO-Virgo observe des collisions double GEODE, au lieu de doubles collisions de trous noirs. Ils ont découvert que les GEODE grandissent avec l'univers pendant la période précédant de telles collisions. Lorsque les collisions se produisent, les masses GEODE résultantes deviennent 4 à 8 fois plus grandes, en gros accord avec les observations LIGO-Virgo.
Croker et Weiner ont pris soin de séparer leur résultat théorique du support observationnel d'un scénario GEODE, soulignant que "les trous noirs ne sont certainement pas morts. Ce que nous avons montré, c'est que si les GEODE existent, alors ils peuvent facilement donner lieu à des phénomènes observés qui manquent actuellement d'explications convaincantes. Nous anticipons de nombreuses autres conséquences observationnelles d'un scénario GEODE, y compris de nombreuses façons de l'exclure. Nous avons à peine commencé à gratter la surface."
L'étude, Implications de la symétrie et de la pression dans la cosmologie de Friedmann :I. Formalisme, est publié le 28 août Numéro 2019 du Journal d'astrophysique et est disponible en ligne.
