Les ondes de choc sont des perturbations qui se propagent dans un milieu, comme une ondulation dans l'eau ou un bang sonique dans l'air. Dans l’univers, les ondes de choc sont souvent associées à des événements astrophysiques violents, tels que les supernovae et la collision de trous noirs.
Si les physiciens comprennent depuis longtemps les propriétés fondamentales des ondes de choc, leur impact sur la structure de l’espace-temps lui-même est moins clair. Le nouveau cadre, développé par des chercheurs de l’Université de Cambridge et de l’Université Queen Mary de Londres, fournit une base mathématique pour étudier la façon dont les ondes de choc peuvent courber l’espace-temps.
L’idée clé est de traiter les ondes de choc comme des défauts de l’espace-temps. Tout comme une fissure dans un matériau peut provoquer une déformation de l’espace environnant, une onde de choc peut également créer un pli ou un pli dans le tissu de l’espace-temps.
"Nos travaux montrent que les ondes de choc peuvent être considérées comme des "déchirures" dans l'espace-temps", a déclaré le Dr Silviu-Marian Udrea, chercheur à l'Université de Cambridge et auteur principal de l'étude. "Ces larmes ne sont pas permanentes, mais elles peuvent persister pendant une durée limitée."
Les chercheurs ont utilisé une technique mathématique appelée géométrie différentielle pour décrire la déformation de l’espace-temps autour des ondes de choc. Ils ont découvert que la courbure de l’espace-temps est proportionnelle à la force de l’onde de choc et à la vitesse à laquelle elle se déplace.
Cela signifie que les ondes de choc plus fortes et celles qui se déplacent plus rapidement provoqueront une déformation plus prononcée de l’espace-temps. Les chercheurs ont également découvert que la forme de l’onde de choc joue un rôle dans la déformation de l’espace-temps. Par exemple, une onde de choc sphérique provoquera une déformation différente d’une onde de choc cylindrique ou planaire.
"Notre travail offre une nouvelle façon de penser aux ondes de choc et à leur impact sur l'univers", a déclaré Udrea. "Cela suggère que les ondes de choc pourraient jouer un rôle important dans l'évolution du cosmos et la formation des galaxies et des trous noirs."
Les chercheurs affirment que leurs découvertes pourraient également contribuer à faire la lumière sur la nature de l’énergie noire, une force mystérieuse qui accélère l’expansion de l’univers. On estime que l’énergie noire représente environ 68 % de l’univers, mais sa nature reste inconnue.
"Nos travaux suggèrent que l'énergie noire pourrait être liée à la courbure de l'espace-temps provoquée par les ondes de choc", a déclaré Udrea. "Il s'agit d'une possibilité passionnante que nous explorons dans le cadre de nos recherches en cours."
L'étude est publiée dans la revue Physical Review D.
