Des « étoiles dans les étoiles » en forme de bulles pourraient expliquer l’étrangeté d’un trou noir

Les trous noirs étaient autrefois des monstres virtuels nés dans le nid enchevêtré de la théorie de la relativité générale d'Einstein, et sont maintenant connus pour être de véritables corps célestes comme les étoiles, les lunes et les galaxies.

Mais ne vous y trompez pas. Ses moteurs sont toujours aussi mystérieux qu'ils l'étaient lorsque le physicien théoricien allemand Karl Schwarzschild en était aux commandes. J'ai d'abord joué avec les équations de champ d'Einstein J’en suis arrivé à la conclusion que l’espace et le temps peuvent se transformer en gouffres sans retour.

Les physiciens Daniel Jampolski et Luciano Rizzola de l'Université Goethe de Francfort sont revenus à la première étape en essayant de mieux comprendre les équations qui décrivent les trous noirs et ont trouvé une solution plus facile à imaginer, sinon moins bizarre.

Alors que les images conventionnelles de trous noirs contiennent un fouillis de physique contradictoire en leur centre, Jampolski et Rizzola ont mis au point une version unique d'une « bulle » de matière liée gravitationnellement, qui pourrait contenir toute une série de bulles entrelacées en son sein.

« Il est remarquable que même 100 ans après que Schwarzschild ait fourni sa première solution aux équations de champ d'Einstein à partir de la théorie de la relativité générale, de nouvelles solutions puissent encore être trouvées. » Il dit Risola.

« C'est un peu comme trouver une pièce d'or sur un chemin que beaucoup d'autres ont découvert auparavant. »

Les trous noirs cachent un sale secret en physique. Insérez suffisamment d'objets dans l'espace décrit par ce qu'on appelle Rayon SchwarzschildLa gravité surmontera toutes les autres forces et entraînera cette masse dans un espace beaucoup plus petit. C'est ce que disent les équations de champ en relativité générale.

Cependant, les équations ne peuvent pas vraiment dire ce qui se passe à l’autre bout de cette grande pression. Alors que nous nous concentrons sur des distances de plus en plus petites, la physique quantique devient de plus en plus importante. En l’absence de moyen simple de relier les deux théories qui englobent (presque) tout, nous sommes confrontés à un grand point d’interrogation sur ce qui arrive à la matière lorsque la gravité l’écrase au-delà d’un certain point.

Comme si cela ne suffisait pas, l'existence d'objets capables d'envoyer des informations lors d'un aller-retour jusqu'à la prison cosmique et de s'évaporer dans une lueur constante de chaleur connue sous le nom de rayonnement de Hawking représente un paradoxe physique, basé sur la règle selon laquelle les informations ne peut pas simplement disparaître.

En 2001Le physicien quantique Paul Mazur et l'astrophysicien Emil Mottola ont collaboré pour comprendre les équations afin de voir s'ils pouvaient éviter ces impasses.

Ce qu’ils ont trouvé était une étoile condensée gravitationnellement. Désignée étrangement comme une gravastar, cette construction hypothétique décrit une couche de matière comprimée à un degré de finesse presque impossible, gonflée de l'intérieur avec une généreuse dose d'énergie noire.

Aussi étranges que puissent paraître ces ballons stellaires, ils ressembleront toujours à des trous noirs de l’extérieur, tout en échappant commodément au paradoxe de l’information et en évitant le besoin d’un pincement infiniment épais d’absurdité quantique en leur cœur.

Jampolski et Rizzola ont découvert qu'il était possible pour un gravatar doté d'une membrane légèrement plus épaisse d'équilibrer un deuxième gravatar à l'intérieur. De même, le deuxième gravatar emboîté pourrait être enceinte de son étrange coquille composée de matériau hautement compressé, formant ce qu'ils appellent un nestar.

« Le nestar est comme une poupée matriochka » Il dit Jampolski, qui a trouvé la solution sous la direction de Rizzola.

Inventer des monstres cosmiques en dehors de l’ombre projetée par la théorie pure peut sembler étrange, mais c’est ainsi que les trous noirs ont été identifiés en premier lieu. Plus important encore, trouver les limites de ce que la théorie peut suggérer pourrait conduire à des observations qui résoudraient les mystères les plus épineux du trou noir.

« Malheureusement, nous ne savons toujours pas comment créer un tel gravastar. » Il dit Risola.

« Mais même si les étoiles n'existent pas, l'exploration des propriétés mathématiques de ces solutions nous aidera à terme à mieux comprendre les trous noirs. »

Cette recherche a été publiée dans Gravité classique et quantique.