Les physiciens théoriciens soutiennent que les trous noirs admettent des structures de vortex

Les physiciens théoriciens soutiennent que les trous noirs admettent des structures de vortex

Les physiciens théoriciens soutiennent que les trous noirs admettent des structures de vortex

Croquis d’un trou noir avec plusieurs vortex. Les couleurs indiquent l’orientation, avec les lignes de champ magnétique piégées associées en noir. Crédit : Dvali et al.

Les trous noirs sont des objets astronomiques avec une attraction gravitationnelle extrêmement forte dont même la lumière ne peut s’échapper. Alors que l’idée de corps qui piègent la lumière existe depuis le 18e siècle, la première observation directe de trous noirs a eu lieu en 2015.

Depuis, les physiciens ont mené d’innombrables études théoriques et expérimentales visant à mieux comprendre ces fascinants objets cosmologiques. Cela a conduit à de nombreuses découvertes et théories sur les caractéristiques, les propriétés et la dynamique uniques des trous noirs.

Des chercheurs de la Ludwig-Maximilians-Universität et du Max-Planck-Institut für Physik ont ​​récemment mené une étude théorique explorant l’existence possible de vortex dans les trous noirs. Leur article, publié dans Lettres d’examen physiquemontre que les trous noirs devraient théoriquement pouvoir admettre des structures tourbillonnaires.

“Une nouvelle structure quantique a récemment été introduite pour les trous noirs, notamment en termes de condensats de gravitons de Bose-Einstein (les quanta de la gravité elle-même)”, a déclaré Florian Kühnel, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à Phys. . org. “Jusqu’à la publication de notre article, les trous noirs en rotation n’ont pas été étudiés en profondeur dans ce cadre. Cependant, ils peuvent non seulement exister, mais aussi être la règle plutôt que l’exception.”

Kühnel et ses collègues Gia Dvali et Michael Zantedeschi ont effectué plusieurs calculs basés sur des théories physiques existantes, notamment le modèle quantique des trous noirs récemment conçu basé sur les condensats gravitaniques de Bose-Einstein. L’objectif principal de leur étude était d’examiner les trous noirs en rotation au niveau quantique pour déterminer s’ils admettraient réellement des structures de vortex.

“Depuis que les condensats rotatifs de Bose-Einstein ont fait l’objet d’études intenses en laboratoire, ils sont connus pour admettre la structure de vortex s’ils tournent assez vite”, a déclaré Kühnel. “Nous avons pris cela comme une invitation à rechercher ces structures dans des modèles pour la rotation des trous noirs également, et en fait nous les avons trouvées.”

Kühnel et ses collègues ont montré qu’un trou noir à spin extrême peut être décrit comme un condensat de graviton avec vorticité. Ceci est conforme aux études précédentes suggérant que les trous noirs extrêmes sont stables contre ce que l’on appelle l’évaporation de Hawking (c’est-à-dire le rayonnement du corps noir censé être libéré à l’extérieur de la surface la plus externe d’un trou noir, ou horizon des événements. ).

De plus, les chercheurs ont montré qu’en présence de charges en mouvement, le vortex global du trou noir emprisonne un flux magnétique du champ de jauge, ce qui conduirait à des émissions distinctives qui pourraient être observées expérimentalement. Les prédictions théoriques de l’équipe pourraient donc ouvrir de nouvelles possibilités d’observation de nouveaux types de matière, dont la matière noire millichargée.

“La vorticité est une caractéristique complètement nouvelle des trous noirs, qui sont au niveau classique (c’est-à-dire si vous fermez les yeux sur leur structure quantique) complètement caractérisés par trois entités : la masse, le spin et la charge”, a déclaré Kühnel. “C’est ce que nous avons appris des manuels, jusqu’à présent. Nous avons montré que nous devons ajouter un tourbillon.”

L’existence théorisée par l’équipe de vortex dans les trous noirs offre une explication possible au manque de rayonnement de Hawking pour les trous noirs en rotation complète. À l’avenir, cette théorie pourrait donc ouvrir la voie à de nouvelles observations expérimentales et conclusions théoriques.

Par exemple, les structures vortex des trous noirs pourraient expliquer les champs magnétiques extrêmement puissants émergeant des noyaux galactiques actifs dans notre univers. De plus, ils pourraient potentiellement sous-tendre presque tous les champs magnétiques galactiques connus.

“Nous venons d’établir le champ de vorticité des trous noirs”, a ajouté Kühnel. “Il y a une multitude de questions importantes et passionnantes à aborder, y compris celles concernant les applications mentionnées ci-dessus. De plus, les observations futures des ondes gravitationnelles de la fusion des trous noirs, chacun contenant un vortex (des multiples de ceux-ci), pourraient ouvrir conduit à ces aspects quantiques nouveaux et passionnants de l’espace-temps.”


Les trous noirs acquièrent de nouveaux pouvoirs lorsqu’ils tournent assez vite


Plus d’information:
Gia Dvali et al, Tourbillons dans les trous noirs, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.129.061302

© 2022 Réseau Science X

Citation: Les physiciens théoriciens affirment que les trous noirs admettent des structures vortex (2022, 9 septembre) récupéré le 9 septembre 2022 sur https://phys.org/news/2022-09-theoretical-physicists-black-holes-vortex.html

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