En astrophysique, on dit que “les trous noirs n’ont pas de cheveux”. Cette expression particulière est basée sur la théorie de la relativité générale, car les trous noirs sont des objets très simples. Tout ce dont on a besoin pour les décrire, c’est leur masse, leur charge électrique et leur vitesse de rotation. Avec seulement ces trois informations, on peut décrire un trou noir. Donc, en d’autres termes, ils ne possèdent pas d’informations supplémentaires.
Cet aspect est extrêmement frustrant pour les astrophysiciens. Depuis des décennies, ils essaient désespérément de comprendre comment fonctionnent ces géants cosmiques. Mais comme les trous noirs ne disposent pas d’informations supplémentaires, il n’y a aucun moyen d’en savoir plus sur eux et sur ce qui les fait fonctionner. Pour cette raison, ils restent parmi les objets les plus énigmatiques et mystérieux de l’univers.
La torsion de l’espace-temps
Le concept de trous noirs “sans cheveux” repose sur notre compréhension actuelle de la relativité générale, telle qu’elle a été formulée à l’origine par Albert Einstein. La relativité se concentre sur la courbure de l’espace-temps. Toute entité dotée de masse ou d’énergie pliera l’espace-temps autour d’elle, et cette courbure déterminera le mouvement de ces entités.
Cependant, ce n’est pas la seule approche de la théorie de la relativité. Une approche complètement différente se concentre sur la “torsion” plutôt que sur la courbure de l’espace-temps. Dans cette perspective, toute entité dotée de masse ou d’énergie tordra l’espace-temps autour d’elle, et cette torsion indiquera aux autres objets comment se déplacer.
Les deux approches, l’une basée sur la courbure et l’autre sur la torsion, sont mathématiquement équivalentes. Mais comme Einstein a d’abord développé le langage basé sur la courbure, il est beaucoup plus largement utilisé. L’approche tordue, connue sous le nom de “gravité téléparallèle” en raison de son utilisation mathématique de lignes parallèles, offre beaucoup d’espace pour des idées théoriques intrigantes qui ne sont pas évidentes dans l’approche de la courbure.
Gravité téléparallèle
Par exemple, une équipe de physiciens théoriciens a récemment exploré comment la gravité téléparallèle pourrait aborder la question des trous noirs. Leur travail a été publié sur la base de données pré-impression arXiv en juillet (ref.). Les physiciens ont examiné les extensions potentielles de la relativité générale en utilisant ce qui est appelé un champ scalaire. Un exemple célèbre d’un champ scalaire est le boson de Higgs, qui est responsable de donner de la masse à de nombreuses particules.
Il pourrait y avoir d’autres champs scalaires peuplant l’univers et modifiant le fonctionnement de la gravité. Les physiciens ont depuis longtemps utilisé des champs scalaires dans une tentative d’expliquer la nature des mystères cosmiques tels que la matière noire et l’énergie sombre.
Dans la relativité générale basée sur la courbure, il n’y a qu’un certain nombre de façons d’ajouter des champs scalaires. Mais dans la gravité téléparallèle, il y a beaucoup plus d’options. Le groupe de recherche a trouvé un moyen d’ajouter des champs scalaires à la relativité générale en utilisant la structure téléparallèle. Ensuite, ils ont utilisé cette approche pour enquêter sur la possibilité que ces champs scalaires, qui seraient autrement invisibles, puissent apparaître près des trous noirs.
Si et comment l’astrophysique changera
Le résultat de l’étude est que les champs scalaires, lorsqu’ils sont ajoutés à la relativité générale et explorés à travers la lentille téléparallèle, ont fourni de nouvelles informations sur les trous noirs. Les “cheveux” sont la présence d’un fort champ scalaire près de l’horizon des événements. Fondamentalement, ce champ scalaire transporte des informations à l’intérieur du trou noir. Cela permettrait aux scientifiques de mieux comprendre ces objets cosmiques sans avoir à plonger en leur sein.
Maintenant que les chercheurs ont identifié cette possibilité, ils doivent travailler sur les conséquences observationnelles de ces découvertes. Par exemple, les futures observations des ondes gravitationnelles pourraient révéler des traces subtiles de ces champs scalaires dans les collisions de trous noirs.