Les physiciens théoriques ont proposé une solution potentielle à l’un des problèmes les plus déroutants de la physique moderne: le trou noir Paradoxe de la singularité. En modifiant la théorie du général d’Einstein relativitéle centre d’un trou noir avec une courbure infinie pourrait être remplacé par une région hautement incurvée mais régulière de l’espace-temps, suggèrent les chercheurs dans une nouvelle étude.
« Les singularités sont des régions de l’univers où l’espace, le temps et la matière sont écrasés et étendus en inexistence », co-auteur de l’étude Robie Hennigarun chercheur postdoctoral à l’Université de Durham au Royaume-Uni, a déclaré à Live Science par e-mail. «C’est un problème très grave, comme si les singularités existaient vraiment dans notre univers, ce serait catastrophique pour la science.
« Nous ne pouvions plus utiliser les équations de physique Pour prédire l’avenir du passé et du présent, « a-t-il poursuivi. » Pour ces raisons, la plupart des scientifiques pratiquants s’attendent à ce que les singularités ne soient pas physiques, mais nous disent que la relativité générale doit être remplacée par une théorie plus complète pour décrire l’univers près des singularités. «
Correction d’Einstein
Depuis son introduction en 1915, la relativité générale a remarquablement réussi à expliquer les phénomènes astrophysiques et cosmologiques, y compris la formation de trous noirs, la structure des étoiles à neutrons et le structure à grande échelle et l’évolution de l’univers.
Cependant, la théorie a des limites fondamentales. Il est incompatible avec mécanique quantiquequi régit le comportement des particules aux plus petites échelles, et il prédit les singularités – des points de densité infinie – dans les centres de trous noirs et à la Big bang.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé un concept connu sous le nom de gravité quantique, qui est couramment appliqué dans les tentatives d’unifier la relativité générale d’Einstein avec la mécanique quantique, qui prédit la création et l’annihilation des particules continues dans l’espace vide, ainsi que les fluctuations perpétuelles dans tous les domaines, y compris la gravité. Leur étude, publiée en février dans la revue Lettres de physique Bsuggère qu’à des énergies extrêmement élevées ou à des distances incroyablement petites, la relativité générale doit être modifiée par une série infinie de termes supplémentaires dans ses équations.
« Dans gravité quantiqueon considère toutes les corrections aux équations reliant l’énergie et la quantité de mouvement d’un système avec la courbure d’espace-temps qui sont cohérentes avec les principes physiques connus « , a déclaré Hennigar. » Différentes approches de la gravité quantique accordent une importance différente à différents termes dans les équations, mais ils suggèrent tous que les équations d’Einstein doivent être raffinées. «
En incorporant ces modifications dans leurs calculs, les chercheurs ont examiné comment les trous noirs se comporteraient dans ce cadre révisé. Leurs résultats ont montré que lorsqu’un nombre infini de nouveaux termes sont inclus, la singularité disparaît. Au lieu d’un point infiniment dense, le noyau du trou noir devient une région hautement incurvée mais régulière de l’espace-temps.
Tester la théorie
Bien que le nouveau modèle résout mathématiquement le problème de la singularité, les théories scientifiques doivent finalement être testées par observation. Les chercheurs ont reconnu que la confirmation directe de leur idée présente un défi important.
« L’absence de singularités elle-même est difficile à tester expérimentalement, car elle se produirait à l’intérieur d’un trou noir, ou au tout début de l’univers », » Cano pabloun chercheur postdoctoral à l’Université de Barcelone et un autre co-auteur de l’étude, a déclaré à Live Science dans un e-mail. «Cependant, nous pouvons rechercher des signatures des théories qui mènent à la résolution de la singularité.
« Les modifications de la relativité générale que nous considérons deviennent plus grandes dans des champs gravitationnels plus forts, mais sont très petits sinon », a ajouté Cano. « Cela signifie que, par exemple, des ondes gravitationnelles provenant de collisions des trous noirs – où les champs gravitationnels sont beaucoup plus forts que dans le système solaire – fournissent un moyen de rechercher ces effets. »
Une autre avenue prometteuse est l’étude du premier univers. Si les effets de cette théorie de la gravité modifiée ont influencé l’inflation cosmique – l’expansion rapide qui a suivi le Big Bang – les preuves de ces changements pourraient être imprimées dans des ondes gravitationnelles primordiales. Les expériences futures ciblant ces signaux pourraient aider à tester la validité de la théorie.
Étapes suivantes
De plus, d’autres travaux théoriques sont nécessaires pour déterminer si les trous noirs sans singularité peuvent se former naturellement par l’effondrement gravitationnel et si l’approche de l’équipe peut aborder d’autres types de singularités, telles que celles associées au Big Bang.
« Nous avons récemment montré que l’effondrement d’un certain type de matière donne lieu, dans ce cadre, à la formation de ces trous noirs réguliers », a déclaré Pablo Buenochercheur à l’Université de Barcelone et co-auteur de l’étude. « Nous aimerions tester cela sous des hypothèses plus générales. Cela peut donner lieu à des caractéristiques intrigantes dans d’autres domaines, tels que des modèles explicites Cosmologies rebondissantes dans lequel le scénario habituel du Big Bang est remplacé par une série sans fin de phases expansives et contractuelles. «
