Minuscule trous noirs Créé à la suite de collisions cosmiques violentes pourrait offrir un aperçu sans précédent de la structure quantique de l’espace et du temps, propose une nouvelle étude théorique.
De plus, les signaux de ces «morceaux de trou noir» pourraient potentiellement être détectés par des instruments actuels, ont rapporté les scientifiques dans l’étude, qui a été publiée dans la revue Physique nucléaire b.
« Notre travail montre que si ces objets sont formés, leur rayonnement peut déjà être détectable en utilisant des observatoires de rayons gamma existants ». Francesco Sanninoun physicien théorique de l’Université du sud du Danemark et co-auteur de l’étude, a déclaré à Live Science par e-mail.
Hawking Radiation et les plus petits trous noirs
L’un des mystères les plus profonds de la physique moderne est la façon dont la gravité se comporte au niveau quantique. La nouvelle étude propose une proposition audacieuse pour explorer ce régime en recherchant la lueur produite par Tiny trous noirs Créé à la suite des collisions géantes des trous noirs.
L’idée que les trous noirs ne sont pas entièrement noirs et pouvaient donc émettre de faibles rayonnements, a d’abord été proposé par Stephen Hawking dans les années 1970. Ses calculs ont révélé que les effets quantiques près d’un trou noir horizon de l’événement l’empêcherait d’émettre des rayonnements et de perdre de la masse – un processus maintenant connu sous le nom de rayonnement de colportage. La température du trou noir devrait être inversement proportionnelle à sa masse. Ainsi, pour les trous noirs astrophysiques massifs, l’effet est minuscule, avec des températures si faibles que le rayonnement est effectivement indétectable. Mais pour de très petits trous noirs, la situation est différente.
« Les morceaux de trou noir sont des trous micro-noirs hypothétiques qui pourraient se former lors de la fusion violente de deux trous noirs astrophysiques ». Giacomo Cacciapagliaun chercheur principal au Centre national français de recherche scientifique (CNRS) et co-auteur de l’étude, a déclaré dans un courriel. « Contrairement au plus grand trou noir parent, ces morceaux sont beaucoup plus petits – comparables en masse aux astéroïdes – et donc beaucoup plus chauds en raison de la relation inverse entre la masse du trou noir et la température de colportage. »
En raison de cette température élevée, ces morceaux s’évaporeraient relativement rapidement, libérant des éclats de particules de haute énergie tels que rayons gamma et neutrinos. L’analyse de l’équipe suggère que ce rayonnement pourrait former un signal distinct qui pourrait déjà être à la portée des détecteurs actuels.
Une nouvelle poignée sur la gravité quantique
Bien qu’aucun morceau de tel ait encore été observé, les chercheurs soutiennent que la formation de ces minuscules trous noirs est théoriquement plausible. « L’idée est inspirée par des processus analogues dans les fusions d’étoiles à neutrons, » Stefan Hoheneggerchercheur principal à l’Institut de Physique des Deuts Infinis de Lyon et co-auteur de l’étude, expliqué dans un e-mail. « Il est soutenu par des estimations des cadres de relativité au-delà théorie des cordes et des modèles extra-dimensionnels. «
Dans des environnements aussi extrêmes, les instabilités à petite échelle peuvent pincer de minuscules trous noirs pendant le processus de fusion. Ces objets, à leur tour, pourraient s’évaporer à travers le rayonnement de colportage sur des échelles de temps allant de la milliseconde aux années, selon leur masse.
Surtout, si un tel rayonnement est détecté, il pourrait ouvrir une fenêtre sur la nouvelle physique. « Le rayonnement Hawking code des informations sur la structure quantique sous-jacente de l’espace-temps », a déclaré Sannino. « Ses propriétés spectrales pourraient révéler des écarts par rapport Modèle standard À une échelle d’énergie extrême, conduisant potentiellement à des découvertes de particules inconnues ou des phénomènes tels que les dimensions supplémentaires prédites par diverses théories. «
De telles échelles d’énergie se situent bien au-delà de la portée des colliders de particules les plus puissants, comme le Grand collisionneur de hadrons au Cern. La possibilité que les morceaux de trou noir puissent fournir un « accélérateur » naturel pour sonder cette physique est ce qui les rend si convaincants.
Selon l’équipe, la signature d’un morceau de trou noir serait une rafale retardée de rayons gamma à haute énergie rayonnant dans toutes les directions – contrairement aux radions gamma typiques, qui sont généralement rayonnements.
Les instruments capables de détecter de tels signaux à haute énergie comprennent les télescopes atmosphériques Cherenkov, comme le système stéréoscopique à haute énergie (HESS), en Namibie; L’observatoire de Cherenkov à haute altitude (HAWC), au Mexique; et le grand observatoire de douche à air à haute altitude (LHAASO) en Chine, ainsi que des détecteurs par satellite, comme le télescope spatial de rayons Gamma Fermi. « Certains de ces instruments ont déjà la sensibilité requise », a noté Hohenegger.
Les chercheurs ne se sont pas arrêtés à théoriser. Ils ont utilisé les données existantes de Hess et Hawc pour placer les limites supérieures sur la quantité de masse pourraient être émises sous la forme de morceaux lors de fusions de trou noir connues. Ces limites représentent les premières contraintes d’observation sur de tels phénomènes.
« Nous avons montré que si les morceaux de trou noir se forment pendant les fusions, ils produiraient une explosion de rayons gamma à haute énergie, avec le moment de l’éclatement lié à leurs masses », a déclaré Cacciapaglia. « Notre analyse démontre que cette nouvelle signature multimédial peut offrir un accès expérimental aux phénomènes gravitationnels quantiques. »
Qu’est-ce qui vient ensuite
Bien que l’étude fournit un cas convaincant pour les morceaux, de nombreuses incertitudes demeurent. Les conditions exactes de leur formation sont encore mal comprises, et aucune simulation complète n’a été effectuée à l’échelle nécessaire pour les modéliser. Mais les chercheurs sont optimistes.
« Les travaux futurs impliqueront de raffiner les modèles théoriques de formation de morsels et d’étendre l’analyse pour inclure des distributions de masse et de spin plus réalistes », a déclaré Sannino. L’équipe espère également collaborer avec les astronomes observationnels pour effectuer des recherches dédiées dans des ensembles de données archivés et à venir.
« Nous espérons que cette ligne de recherche ouvrira une nouvelle fenêtre sur la compréhension de la nature quantique de la gravité et de la structure de l’espace-temps », a déclaré Hohenegger.
Si des morceaux de trou noir existent, ils peuvent non seulement éclairer le ciel avec un rayonnement exotique, mais pourraient également faire la lumière sur certaines des questions les plus profondes non résolues en physique.
