Ce trou noir imitateur pourrait-il être un nouveau type d’étoile ? —

Bien que l’objet mystérieux soit une construction mathématique hypothétique, de nouvelles simulations par des chercheurs de Johns Hopkins suggèrent qu’il pourrait y avoir d’autres corps célestes dans l’espace se cachant même des meilleurs télescopes sur Terre. Les conclusions devraient être publiées dans Examen physique D.

“Nous avons été très surpris”, a déclaré Pierre Heidmann, un physicien de l’Université Johns Hopkins qui a dirigé l’étude. “L’objet ressemble à un trou noir, mais il y a de la lumière qui sort de sa tache sombre.”

La détection d’ondes gravitationnelles en 2015 a secoué le monde de l’astrophysique car elle a confirmé l’existence de trous noirs. Inspirée par ces découvertes, l’équipe de Johns Hopkins a entrepris d’explorer la possibilité que d’autres objets puissent produire des effets gravitationnels similaires, mais qui pourraient passer pour des trous noirs lorsqu’ils sont observés avec des capteurs ultraprécis sur Terre, a déclaré le co-auteur et physicien de Johns Hopkins Ibrahima Bah. .

“Comment pouvez-vous savoir si vous n’avez pas de trou noir ? Nous n’avons pas de bon moyen de tester cela”, a déclaré Bah. “L’étude d’objets hypothétiques comme les solitons topologiques nous aidera également à comprendre cela.”

Les nouvelles simulations dépeignent de manière réaliste un objet que l’équipe de Johns Hopkins appelle un soliton topologique. Les simulations montrent un objet ressemblant à une photo floue d’un trou noir de loin mais comme quelque chose d’entièrement différent de près.

L’objet est hypothétique à ce stade. Mais le fait que l’équipe ait pu le construire à l’aide d’équations mathématiques et montrer à quoi il ressemble avec des simulations suggère qu’il pourrait y avoir d’autres types de corps célestes dans l’espace se cachant même des meilleurs télescopes sur Terre.

Les résultats montrent comment le soliton topologique déforme l’espace exactement comme le fait un trou noir – mais se comporte contrairement à un trou noir car il se brouille et libère de faibles rayons lumineux qui n’échapperaient pas à la forte force gravitationnelle d’un vrai trou.

“La lumière est fortement courbée, mais au lieu d’être absorbée comme elle le ferait dans un trou noir, elle se disperse dans des mouvements géniaux jusqu’à ce qu’à un moment donné, elle vous revienne de manière chaotique”, a déclaré Heidmann. “Vous ne voyez pas de point sombre. Vous voyez beaucoup de flou, ce qui signifie que la lumière orbite comme une folle autour de cet objet étrange.”

Le champ gravitationnel d’un trou noir est si intense que la lumière peut orbiter autour de lui à une certaine distance de son centre, de la même manière que la Terre orbite autour du soleil. Cette distance détermine le bord de «l’ombre» du trou, de sorte que toute lumière entrante frappera fatalement la région que les scientifiques appellent «l’horizon des événements». Là, rien ne peut s’échapper, pas même la lumière.

L’équipe Hopkins a simulé plusieurs scénarios en utilisant des images de l’espace extra-atmosphérique comme si elles avaient été capturées avec un appareil photo, en plaçant un trou noir et le soliton topologique devant l’objectif. Les résultats ont produit des images déformées en raison des effets gravitationnels des corps massifs.

“Ce sont les premières simulations d’objets de théorie des cordes pertinents sur le plan astrophysique, puisque nous pouvons réellement caractériser les différences entre un soliton topologique et un trou noir comme si un observateur les voyait dans le ciel”, a déclaré Heidmann.

Motivés par divers résultats de la théorie des cordes, Bah et Heidmann ont découvert des moyens de construire des solitons topologiques en utilisant la théorie de la relativité générale d’Einstein en 2021. Bien que les solitons ne soient pas des prédictions de nouveaux objets, ils servent de meilleurs modèles de ce à quoi pourraient ressembler les nouveaux objets de gravité quantique. comme par rapport aux trous noirs.

Les scientifiques ont déjà créé des modèles d’étoiles boson, d’étoiles gravas et d’autres objets hypothétiques qui pourraient exercer des effets gravitationnels similaires avec des formes exotiques de matière. Mais la nouvelle recherche rend compte des théories des piliers du fonctionnement interne de l’univers que d’autres modèles ne font pas. Il utilise la théorie des cordes qui concilie la mécanique quantique et la théorie de la gravité d’Einstein, ont déclaré les chercheurs.

“C’est le début d’un merveilleux programme de recherche”, a déclaré Bah. “Nous espérons à l’avenir être en mesure de proposer véritablement de nouveaux types d’étoiles ultracompactes constituées de nouveaux types de matière issus de la gravité quantique.”

L’équipe comprend le physicien de Johns Hopkins Emanuele Berti. Le soliton topologique dans les simulations a été construit pour la première fois dans une recherche publiée en 2022 par le groupe de Bah.