Un physicien de l'Université RUDN a développé une formule pour calculer le rayonnement de Hawking sur l'horizon des événements d'un trou noir, qui permet aux physiciens de déterminer comment ce rayonnement serait modifié avec des corrections quantiques de la théorie de la gravité d'Einstein. Cette formule permettra aux chercheurs de tester la précision de différentes versions de la théorie de la gravité quantique en observant des trous noirs, et comprend une étape vers la "théorie de la grande unification" tant recherchée qui relierait la mécanique quantique et la relativité. L'article est publié dans la revue Examen physique D .

Bien que la théorie de la gravitation d'Einstein corresponde à la découverte récente des ondes gravitationnelles, cela laisse encore ouvertes quelques questions, y compris la nature de la singularité, matière noire, énergie noire, et la question de la gravité quantique. Aussi, même les observations des ondes de gravité n'excluent pas que les théories alternatives de la gravitation puissent être exactes, et ils peuvent être utilisés pour décrire les trous noirs. De telles théories, qui incluent des composants quantiques supplémentaires, ne contredisent pas l'image observée des fusions de trous noirs. Les calculs effectués à la suite de ces théories prédisent le même comportement de trous noirs à grande distance les uns des autres, mais en même temps, démontrer des caractéristiques importantes près de l'horizon des événements - la "frontière" du trou noir au-delà de laquelle il n'y a pas de retour.

On pense qu'il est impossible de regarder au-delà de l'horizon des événements d'un trou noir car rien ne peut y échapper, y compris les particules et les radiations. Cependant, Stephen Hawking a prouvé que les trous noirs peuvent « s'évaporer » en émettant diverses particules élémentaires. Cela signifie qu'au fil du temps, toutes les informations absorbées par un trou noir peuvent disparaître, ce qui est contraire aux idées fondamentales sur l'information - on pense que l'information ne peut pas disparaître sans laisser de trace. Par conséquent, théories alternatives de la gravitation, visant à éliminer ce paradoxe, sont devenus plus populaires car ils pourraient contribuer à une théorie de la gravitation quantique.

L'une des approches les plus prometteuses est la théorie d'Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet avec dilaton - elle applique les composants quantiques comme une correction à la théorie de la relativité générale.

"La théorie alternative que nous avons considérée est inspirée de la limite de basse énergie de la théorie des cordes, la théorie dite d'Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet avec dilaton. En plus de la partie Einstein, il contient des termes de courbure quadratique et un champ scalaire, " Romain Konoplia, chercheur à l'Institut d'enseignement et de recherche de la gravitation et de la cosmologie de l'Université RUDN, dit.

Pour décrire comment un trou noir réagit aux perturbations gravitationnelles externes, les cosmologistes utilisent le concept de modes quasi-normaux. Les modes sont des oscillations qui se produisent lorsqu'une action extérieure sur un trou noir, dont les caractéristiques dépendent de la force de l'impact et des paramètres du trou noir lui-même. Ils sont dits quasi-normaux car ils s'estompent avec le temps et leur amplitude ne peut être mesurée que pendant une courte période. De telles oscillations sont généralement décrites en utilisant la fréquence comme un nombre complexe, dont la partie réelle est constituée des oscillations périodiques, et l'imaginaire, le taux de décroissance.

Le physicien de l'Université RUDN, avec les scientifiques de la République tchèque Antonina Zinhailo et Zdeněk Stuchlík, a étudié le rayonnement classique (quasinormal) et quantique (de Hawking) de champs d'essai sur le fond d'un quadridimensionnel, trou noir à symétrie sphérique et asymptotiquement plat dans la théorie d'Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet avec dilaton. Ils ont obtenu une formule analytique pour l'état eikonal des modes quasi-normaux et l'ont utilisée pour calculer les modes quasi-normaux du champ scalaire de test et de Maxwell et estimé l'intensité du rayonnement de Hawking pour le trou noir d'Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet.

Les champs de texte sont tous des champs à proximité d'un trou noir car ils se propagent sur son arrière-plan (par exemple, un champ de Dirac ou un champ électromagnétique). L'intensité du rayonnement électromagnétique de Hawking et du champ de Dirac s'est avéré être une caractéristique significativement plus sensible que son spectre quasi-normal, montrant une augmentation du taux d'émission d'énergie de 57% et 48% respectivement vers les champs.

"Nous avons obtenu une estimation de l'intensité de l'évaporation de Hawking des trous noirs en prenant en compte les corrections quantiques de la géométrie du trou noir, " conclut Roman Konoplya.

« Rayonnement classique (par exemple, ondes électromagnétiques ou autres) ne diffèrent de celles d'Einstein que de quelques pour cent, C'est, Le rayonnement de Hawking est un mécanisme beaucoup plus sensible. Les modes quasi-normaux sont les fréquences du rayonnement classique, lequel, contrairement aux modes quantiques, diffèrent peu du cas Einstein. À l'avenir, peut-être en observant les trous noirs primaires qui sont apparus dans l'univers primitif, cela peut clarifier nos idées sur les corrections quantiques de la gravité."