Croquis d'un trou noir doté de plusieurs tourbillons. Les couleurs indiquent l'orientation, avec les lignes de champ magnétique piégées associées en noir. Crédit :Dvali et al.
Les trous noirs sont des objets astronomiques dotés d'attractions gravitationnelles extrêmement fortes dont même la lumière ne peut s'échapper. Alors que l'idée de corps qui piégeraient la lumière existe depuis le 18ème siècle, la première observation directe de trous noirs a eu lieu en 2015.
Depuis, les physiciens ont mené d'innombrables études théoriques et expérimentales visant à mieux comprendre ces fascinants objets cosmologiques. Cela a conduit à de nombreuses découvertes et théories sur les caractéristiques, les propriétés et la dynamique uniques des trous noirs.
Des chercheurs de la Ludwig-Maximilians-Universität et du Max-Planck-Institut für Physik ont récemment mené une étude théorique explorant l'existence possible de vortex dans les trous noirs. Leur article, publié dans Physical Review Letters , montre que les trous noirs devraient théoriquement pouvoir admettre des structures de vortex.
"Récemment, un nouveau cadre quantique pour les trous noirs, à savoir en termes de condensats de gravitons de Bose-Einstein (les quanta de la gravité elle-même), a été introduit", a déclaré Florian Kühnel, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Phys. org. "Jusqu'à la publication de notre article, les trous noirs en rotation n'avaient pas été étudiés en profondeur dans ce cadre. Cependant, ils pourraient non seulement exister, mais aussi être la règle plutôt que l'exception."
Kühnel et ses collègues Gia Dvali et Michael Zantedeschi ont effectué plusieurs calculs basés sur les théories physiques existantes, en particulier le modèle quantique récemment conçu des trous noirs basé sur les condensats de gravitons de Bose-Einstein. L'objectif principal de leur étude était d'examiner les trous noirs en rotation au niveau quantique, afin de déterminer s'ils admettraient réellement des structures de vortex.
"Depuis que les condensats rotatifs de Bose-Einstein ont fait l'objet d'études approfondies dans les laboratoires, on sait qu'ils admettent une structure de vortex s'ils tournent suffisamment vite", a déclaré Kühnel. "Nous avons pris cela comme une invitation à rechercher ces structures également dans des modèles de trous noirs en rotation, et nous les avons effectivement trouvées."
Kühnel et ses collègues ont montré qu'un trou noir avec un spin extrême peut être décrit comme un condensat de graviton avec vorticité. Ceci est conforme aux études précédentes suggérant que les trous noirs extrêmes sont stables contre l'évaporation dite de Hawking (c'est-à-dire un rayonnement de corps noir qui est censé être libéré à l'extérieur de la surface la plus externe d'un trou noir, ou horizon des événements).
De plus, les chercheurs ont montré qu'en présence de charges mobiles, le vortex global du trou noir emprisonne un flux magnétique du champ de jauge, ce qui conduirait à des émissions de signature observables expérimentalement. Les prédictions théoriques de l'équipe pourraient ainsi ouvrir de nouvelles possibilités pour l'observation de nouveaux types de matière, dont la matière noire millichargée.
"La vorticité est une caractéristique entièrement nouvelle des trous noirs, qui sont au niveau classique (c'est-à-dire si l'on ferme les yeux sur leur structure quantique) entièrement caractérisés par trois entités :la masse, le spin et la charge", a déclaré Kühnel. "C'est ce que nous avons appris dans les manuels - jusqu'à présent. Nous avons montré que nous devions ajouter de la vorticité."
L'existence théorisée par l'équipe de vortex dans les trous noirs offre une explication possible de l'absence de rayonnement de Hawking pour les trous noirs à rotation maximale. À l'avenir, cette théorie pourrait ainsi ouvrir la voie à de nouvelles observations expérimentales et à des conclusions théoriques.
Par exemple, les structures vortex des trous noirs pourraient expliquer les champs magnétiques extrêmement puissants émergeant des noyaux galactiques actifs dans notre univers. De plus, ils pourraient potentiellement être à l'origine de presque tous les champs magnétiques galactiques connus.
"Nous venons tout juste d'établir le champ de vorticité des trous noirs", a ajouté Kühnel. « Il y a une multitude de questions importantes et passionnantes à aborder, y compris concernant les applications mentionnées ci-dessus. et des aspects quantiques passionnants de l'espace-temps."
© 2022 Réseau Science X Les trous noirs acquièrent de nouveaux pouvoirs lorsqu'ils tournent assez vite
