Une équipe de scientifiques a développé une recette de trous noirs qui élimine l’un des aspects les plus troublants de la physique: la singularité centrale, le point où toutes nos théories, lois et modèles se brisent.
Si vous alliez concevoir un objet pour préserver le mystère tout en étant totalement troublant, vous ne pourriez pas faire beaucoup mieux qu’un trou noir.
Premièrement, la limite extérieure de ces titans cosmiques est une surface de piége horizon de l’événementle point auquel la gravité d’un trou noir est si puissante que même la lumière ne peut pas s’échapper. Cela signifie qu’aucune information ne peut s’échapper de l’intérieur d’un trou noir, nous ne pouvons donc jamais observer ou mesurer directement ce qui se trouve dans son cœur.
Utilisation des mathématiques de la théorie de la gravité de 1915 d’Einstein, appelée relativité généraleles scientifiques peuvent modéliser l’intérieur d’un trou noir. Le problème est que, lorsqu’ils font cela, la relativité générale nous dit que toutes les valeurs mathématiques vont à l’infini à la « singularité » au cœur d’un trou noir.
Cette nouvelle recherche suggère que les «trous noirs ordinaires» sans singularité centrale – l’équivalent physique de la façon d’avoir votre gâteau et de le manger – peut être plus que le rêve de la fièvre des physiciens pleins d’espoir.
« La singularité est la partie la plus mystérieuse et la plus problématique d’un trou noir. C’est là que nos concepts de espace et temps Il ne casse plus de sens, « Robie Hennigar, membre de l’équipe d’étude, chercheur à l’Université de Durham en Angleterre, a déclaré à Space.com. » Si les trous noirs n’ont pas de singularités, alors ils sont beaucoup plus ordinaires. «
Singularity Awards: Les physiciens veulent une chose
La théorie de la relativité générale d’Einstein indique que les objets avec la courbe de masse du tissu même de l’espace-temps (les trois dimensions de l’espace unis à la seule dimension du temps), et la gravité provient de cette courbure. Plus la masse est grande, plus la courbure de l’espace-temps est extrême, et plus l’influence de la gravité est forte. Tout cela est calculé avec les équations qui sous-tendent la relativité générale: Équations de champ d’Einstein.
« La façon dont les courbes de l’espace-temps est déterminée par les équations de terrain d’Einstein, qui sont la pierre angulaire de la relativité générale », a déclaré à l’Institut de Cosmos le membre de l’équipe de l’Université de Barcelone (ICCUB) en Espagne en Espagne, à Space.com.
« Ces équations sont extrêmement réussies, car elles prédisent une pléthore de phénomènes observables dans le cosmos, de la mouvement des planètes à l’évolution de l’univers et l’existence de trous noirs « , a-t-il ajouté. » Mais ils prédisent également l’existence de singularités, et c’est problématique. «
Les trous noirs – les régions de l’espace-temps avec une courbure extrême – sont d’abord apparues comme un concept de solutions aux équations de terrain d’Einstein suggérées par le physicien et astronome allemand Karl Schwartzchild Comme il a servi en première ligne pendant la Première Guerre mondiale en 1915. Ces solutions vont à l’infini au centre de cette région. Les physiciens n’aiment pas les infinités, car elles indiquent la rupture ou l’incomplétude de leurs modèles, ou suggèrent quelque chose de complètement non physique. Cela signifie quelque chose de vraiment troublant et indésirable pour les physiciens.
« Dans la relativité générale, l’intérieur d’un trou noir est comme un univers contractuel, où la singularité représente le moment où l’espace lui-même s’effondre », a déclaré Molina-Niñirola.
Molina-Niñirola a ajouté que de nombreux physiciens croient que, lorsque la gravité devient exceptionnellement forte et que l’espace-temps est fortement déformé, la relativité générale doit être remplacée par une théorie plus fondamentale. Il a été présumé que ce serait une théorie de gravité quantique conduisant à une « théorie de tout » qui unirait les théories incompatibles avec la relativité générale et physique quantique.
« L’espoir est que, dans cette théorie complète, les singularités de trou noir seront supprimées », a déclaré Molina-Niñirola. « Maintenant, notre recette de trous noirs réguliers va précisément dans ce sens, mais au lieu d’utiliser une théorie complète de la gravité quantique, nous utilisons quelque chose appelé une » théorie efficace « . C’est un Théorie classique de la gravité C’est censé capturer les effets d’une théorie supposée de la gravité quantique. «
Cela équivaut à l’équipe modifiant les équations de champ Einstein afin que la gravité se comporte différemment lorsque l’espace-temps est très incurvé. En fin de compte, cela conduit à l’élimination des singularités centrales des trous noirs.
Gravité quantique et autres problèmes
Cette théorie nouvellement modifiée suggère qu’il n’y a pas de singularité au cœur d’un trou noir. Alors, qu’est-ce qui existe dans ce domaine extrême et exotique?
« Dans notre modèle, l’effondrement de l’espace-temps s’arrête et la singularité est remplacée par une région statique hautement déformée qui se trouve au cœur du trou noir », a déclaré Molina-Niñirola. « Cette région est statique car elle ne se contracte pas.
Outre l’espace-temps incurvé, qu’est-ce qui réside d’autre au cœur des trous noirs, si cette théorie est correcte? Selon Hennigar, à proprement parler, rien.
« Ces trous noirs sont du vide pur partout; il n’est pas nécessaire de présenter une question, mais on peut facilement l’inclure si vous le souhaitez », a poursuivi le chercheur de l’Université de Durham. « Cela peut sembler bizarre d’avoir un trou noir en l’absence de matière, mais la même chose peut se produire même dans la relativité générale. »
Même si le concept de trou noir de l’équipe était vérifié, il n’arrêterait probablement pas la recherche d’un modèle valide de gravité quantique et une théorie de tout.
« Dans un certain sens, c’est un problème qui ne peut être évité. Étoiles s’effondrer tout le temps dans notre univers; C’est un processus physique inévitable. Mais cet événement banal est quelque chose qui nous pousse au-delà de tout ce que nous savons, « Hennigar a continué ». Dans les étapes finales de l’effondrement, juste avant que l’on n’atteigne la singularité, les effets de gravité et de quantum seront importants.
« Nous savons donc déjà que les conclusions que l’on tirerait de la relativité générale seule est insuffisante pour décrire un lieu / moment aussi extrême. »
Est-ce que perdre la singularité signifie perdre le mystère? Pas tout à fait …
S’il est correct, cette recherche peut avoir des trous noirs quelque peu démystifiés, mais il ouvre de nombreuses questions qui devront encore être répondues.
« Notre travail fournit des réponses à certains mystères, mais il en ouvre d’autres », a déclaré Molina-Niñirola. « Par exemple, selon notre modèle – et d’autres propositions dans la littérature scientifique – l’affaire qui tombe dans un trou noir régulier quitterait finalement le trou noir à travers un trou blanc Situé dans un univers différent ou dans une région déconnectée du même univers.
« Cela semble très exotique, mais c’est la seule possibilité si les singularités n’existent pas: tout ce qui va dans un trou noir doit éventuellement en sortir. »
Le chercheur a ajouté que ce processus implique ses propres problèmes, qui doivent également être étudiés pour évaluer la robustesse de l’idée de l’équipe.
La grande question est de savoir si les scientifiques pourraient trouver des preuves de cette théorie à partir d’observations réelles de trous noirs; Après tout, nous savons que nous ne pouvons pas simplement regarder dans leurs intérieurs.
« Il est difficile de dire, car les effets qui conduisent à la résolution de la singularité ne peuvent devenir observables que dans des régimes de gravité extrêmement forte, probablement beaucoup plus forts que ce que nous pouvons espérer observer », a déclaré Molina-Niñirola. « Cependant, certaines expériences peuvent nous offrir certaines possibilités. »
Molina-Niñirola a expliqué que l’observation des ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles permet aux astronomes d’observer des champs gravitationnels beaucoup plus forts que jamais. Cela donne aux scientifiques une chance unique d’essayer de repérer les effets au-delà de la relativité générale, y compris ceux qui peuvent conduire à une résolution de la singularité.
De plus, si la théorie de l’équipe est correcte, il devrait y avoir une empreinte révélatrice dans l’univers très précoce, à l’époque de l’inflation cosmique juste après Big bang.
« À cet égard, la détection d’un fond d’onde primordial et gravitationnel – qui n’a pas encore été détecté – pourrait fournir des indices sur les modifications possibles de la gravité », a déclaré Molina-Niñirola. « Enfin, une conséquence de l’absence de singularités est que le produit final de l’évaporation du trou noir via le rayonnement de colportage serait un trou noir microscopique.
« Ces trous noirs microscopiques fournissent un possible candidat à la matière noire. Ainsi, si la matière noire se révélait être composée de minuscules trous noirs, ce serait une preuve indirecte en faveur de l’absence de singularités. »
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans la revue Lettres de physique B en février 2025.
Publié à l’origine sur Space.com.
