Lorsqu'un objet astrophysique massif, comme une étoile à boson ou un trou noir, tourne, cela peut entraîner une rotation de l'espace-temps environnant en raison de l'effet du glissement du cadre. Dans un nouveau journal, les physiciens ont montré qu'une particule avec juste les bonnes propriétés peut rester parfaitement immobile dans un espace-temps en rotation si elle occupe une "orbite statique" - un anneau de points situé à une distance critique du centre de l'espace-temps en rotation.

Les physiciens, Lucas G. Collodel, Burkhard Kleihaus, et Jutta Kunz, à l'Université d'Oldenburg en Allemagne, ont publié un article dans lequel ils proposent l'existence d'orbites statiques dans des espaces-temps en rotation dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

"Notre travail présente avec une extrême simplicité une caractéristique longtemps ignorée de certains espaces-temps qui est assez contre-intuitif, " Collodèle a dit Phys.org . "La relativité générale existe depuis un peu plus de cent ans maintenant et elle ne cesse d'étonner, et explorer les façons dont différentes distributions d'énergie peuvent déformer la géométrie de l'espace-temps d'une manière non triviale est la clé d'une compréhension plus profonde. »

Dans leur papier, les physiciens identifient deux critères pour qu'une particule reste au repos par rapport à un observateur statique dans un espace-temps en rotation. D'abord, le moment angulaire de la particule (essentiellement sa propre rotation) doit avoir juste la bonne valeur pour qu'il annule parfaitement la rotation due au glissement du cadre. Seconde, la particule doit se situer précisément sur l'orbite statique, un anneau autour du centre de l'espace-temps en rotation auquel la particule n'est ni attirée vers le centre ni repoussée.

Un point clé est que tous les objets astrophysiques avec des espaces-temps en rotation n'ont pas d'orbites statiques, ce qui, à l'avenir, pourrait aider les chercheurs à faire la distinction entre différents types d'objets astrophysiques. Comme l'expliquent les physiciens, pour avoir une orbite statique, la métrique d'un espace-temps tournant (essentiellement la fonction qui décrit les espaces-temps en relativité générale) doit avoir un minimum local, qui correspond à la distance critique à laquelle se situe l'orbite statique. Dans un sens, une particule peut alors être "piégée" au repos dans ce minimum local.

Les physiciens identifient plusieurs objets astrophysiques qui ont des orbites statiques, y compris les étoiles à bosons (étoiles hypothétiques constituées de matière bosonique qui, comme des trous noirs, ont une gravité immense mais n'émettent pas de lumière), trous de ver, et les trous noirs poilus (trous noirs aux propriétés uniques, tels que des frais supplémentaires). D'autre part, Les trous noirs de Kerr (considérés comme le type de trou noir le plus courant) n'ont pas de métriques avec des minima locaux, et n'ont donc pas d'orbites statiques. Ainsi, la preuve d'une orbite statique pourrait fournir un moyen de faire la distinction entre les trous noirs de Kerr et certains des objets les moins courants avec des orbites statiques.

Alors que les physiciens reconnaissent qu'il est peu probable de s'attendre à ce qu'une particule avec juste le bon moment angulaire existe juste au bon endroit afin de rester au repos dans un espace-temps en rotation, il peut encore être possible de détecter l'existence d'orbites statiques en raison de ce qui se passe à proximité. Les particules initialement au repos près des orbites statiques devraient se déplacer plus lentement que celles situées plus loin. Ainsi, même si les chercheurs n'observent jamais une particule immobile, ils peuvent observer des particules se déplaçant lentement à proximité, indiquant l'existence d'une orbite statique à proximité.

« Reconnaître l'existence de l'anneau statique nous aide à mieux comprendre ce qu'il faut planifier et attendre des observations futures, " a dit Collodel. " Par exemple, on peut rechercher la bague afin d'identifier d'éventuels objets exotiques, comme l'étoile du boson, ou même assurer avec confiance (en observant l'anneau) qu'un AGN [noyau galactique actif] n'est pas alimenté par un trou noir de Kerr. À l'avenir, nous prévoyons d'étudier comment la présence de l'anneau pourrait affecter les disques d'accrétion, qui sont à ce stade beaucoup plus faciles à observer, et s'il pouvait protéger certains objets des chutes de matière."

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