Les trous noirs traditionnels, comme prévu par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, contiennent ce que l’on appelle les singularités, c’est-à-dire des points où les lois de la physique que nous connaissons sont brisées. Identifier comment les singularités sont résolues dans le contexte de la gravité quantique est l’un des problèmes fondamentaux de la physique théorique. Maintenant, une équipe d’experts a d’abord décrit la création de trous noirs réguliers à partir d’effets gravitationnels et sans avoir besoin de l’existence de matières exotiques exigées par certains modèles précédents.
L’équipe est formée par Pablo Bueno, Pablo A. Cano et Robie A. Hennigar, les trois de l’Université de Barcelone (UB) et l’Institut des sciences du Cosmos de l’Université de Barcelone (ICCUB).
Cette réalisation ouvre de nouvelles perspectives pour améliorer la compréhension de la nature quantique de la gravité et de la véritable structure de l’espace-temps.
Trous noirs sans singularités
Le terme matière exotique fait référence à un type de matière qui a des propriétés inhabituelles, qui ne se trouvent pas dans la matière ordinaire. Il a souvent une densité d’énergie négative, crée des effets gravitationnels répulsifs et peut violer certaines conditions énergétiques dans la relativité générale. La matière exotique est largement théorique et n’a pas été observée dans la nature, mais est utilisée dans des modèles pour explorer des concepts tels que les trous de ver, voyager plus rapidement que la lumière et la résolution des singularités des trous noirs.
La nouvelle étude démontre qu’une série infinie de corrections gravitationnelles d’ordre supérieur peut éliminer ces singularités et entraîner des trous noirs appelés réguliers.
Contrairement aux modèles précédents, qui nécessitaient une matière exotique, cette nouvelle œuvre révèle que la gravité pure – sans champs supplémentaires – peut générer des trous noirs réguliers sans singularités.
Cette découverte représente un changement significatif en ce qui concerne les théories précédentes et simplifie les conditions nécessaires aux trous noirs réguliers.
«La beauté de notre construction est qu’elle n’est basée que sur des modifications des équations d’Einstein prédites naturellement par gravité quantique. D’autres composants ne sont pas nécessaires », détaille le chercheur Pablo A. Cano, du département de quantum et d’astrophysique de la Faculté de physique et d’ICCUB.
Les théories que l’équipement ICCUB a déployées s’appliquent à toute dimension de l’espace-temps supérieur ou égal à cinq. “La raison de considérer un espace-temps plus élevé est purement technique”, explique Cano, “car il nous permet de réduire la complexité mathématique du problème.” Cependant, les chercheurs disent que “les mêmes conclusions devraient être appliquées à notre espace-temps en quatre dimensions”.
«La plupart des scientifiques conviennent que les singularités de la relativité générale doivent finalement résoudre, bien que nous sachions très peu sur la façon dont ce processus pourrait être réalisé. Notre travail fournit le premier mécanisme pour y parvenir de manière robuste, bien que sous une certaine hypothèse de symétrie », explique Robie Hennigar (UB, ICCUB). “Il n’a pas encore été clair comment la nature empêche la formation de singularités dans l’univers, mais nous espérons que notre modèle nous aidera à mieux comprendre ce processus”, explique l’expert.
La nouvelle construction mathématique est basée uniquement sur des modifications des équations d’Einstein prédites naturellement à partir de la gravité quantique. (Photo: Barcelone University. CC par)
Explorez les découvertes dans les scénarios astrophysiques
L’étude explore également les propriétés thermodynamiques de ces trous noirs réguliers et révèle qu’ils sont conformes à la première loi de la thermodynamique. Les théories développées fournissent un cadre robuste pour comprendre la thermodynamique des trous noirs d’une manière complètement universelle et sans équivoque. Cette cohérence ajoute de la crédibilité et de l’applicabilité potentielle aux résultats de l’enquête.
Les chercheurs prévoient d’étendre leur travail à quatre dimensions et d’explorer les implications de leurs découvertes dans divers scénarios astrophysiques. Ils visent également à étudier la stabilité et les entreprises d’observation possibles de ces trous noirs réguliers.
«Ces théories prédisent non seulement des trous noirs sans singularité, mais nous permettent également de comprendre comment ces objets se forment et quel est le destin de la question qui tombe dans un trou noir. Nous travaillons déjà sur ces questions et nous espérons trouver des résultats vraiment passionnants », conclut Cano.
L’étude est intitulée «Trous noirs réguliers de la gravité pure». Et a été publié dans le magazine académique Physics Letters B. (Source: Université de Barcelone)
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