Des physiciens recréent des «trous noirs» dans le laboratoire avec une simplicité surprenante

Des physiciens recréent des «trous noirs» dans le laboratoire avec une simplicité surprenante

(Silke Weinfurtner / Université de Nottingham)

Trous noirs sont les secrets les plus jalousement gardés de l'univers. Nous voulons tous savoir ce qui se passe dans de tels clubs spatiaux exclusifs, mais le mieux que nous puissions faire est de rester dehors et d’écouter le rythme.

Pour ce faire, les scientifiques organisent leurs propres fêtes. Bien sûr, elles ne sont pas aussi amusantes que des fosses tordues d’espace-temps, mais elles sont aussi proches que nous pourrons obtenir un traitement VIP sur une trou noir la piste de danse.

Le Black Hole Laboratory de l’Université de Nottingham, au Royaume-Uni, ne contient aucun trou noir authentique. Qu'est-ce qu'il a est un réservoir ondulant de l'eau colorée avec du colorant vert et un trou pour l'envoyer.

Des physiciens du laboratoire et de l'Universidade Federal do ABC au Brésil ont récemment utilisé cette configuration pour identifier les configurations de vagues dans l'eau entourant un égout, ce qui pourrait nous aider à comprendre les tons délicats d'un trou de nouveau-né hurlant.

Lorsque les trous noirs se confondent et forment des trous noirs plus grands, l’Univers tout entier en entend parler: l’espace bourdonne avec une mélodie appelée mode quasi normal cela contient des indices sur les caractéristiques du nouveau trou noir, telles que sa masse et son moment angulaire.

Ces modes sont devenus toute la mode en physique avec les progrès en cours dans l'astronomie des ondes gravitationnelles et les physiciens tiennent à extraire le plus de détails possible de la manière dont l’espace bouge après ces crashs cosmiques.

Pour extraire des informations d'un mode quasi normal, il est nécessaire de connaître quelques notions sur la façon dont l'énergie se dissipe dans un champ et sur la manière dont certaines caractéristiques des modèles de la vague changent ou persistent dans le temps.

Une chose qui affecte potentiellement les caractéristiques d'une onde est tourbillon - le flux incurvé de son milieu sous-jacent, entraîné par des forces concurrentes.

Pour la plupart des modèles simples décrivant les oscillations d'un trou noir, il est supposé que l'espace est un peu plus qu'un fond calme à travers lequel ondulent les ondes, signifiant que son tourbillon n'est pas normalement pris en compte.

Cela pourrait ne pas faire beaucoup de différence. Ou cela pourrait être important. Ce n'est pas comme si nous pouvions examiner de près ces tourbillons d'espace-temps à découvrir.

Mais nous pouvons examiner les modes quasi-normaux dans d’autres médias et rechercher des signes d’interférence.

L’eau n’est pas nécessairement la métaphore parfaite de l’espace-temps, certes, mais les principes fondamentaux fonctionnent parfaitement. L’analogie est même fondée sur des travaux théoriques menés par un physicien canadien William "Bill" Unruh Il y a près de 40 ans, ceux qui ont prouvé que les équations hydrodynamiques étaient parfaitement compatibles pour décrire la gravité autour de masses suffisamment grandes.

Loin des égouts, les vagues sur une surface ont tendance à se déplacer plus rapidement que le courant, leur permettant de onduler dans pratiquement toutes les directions. Mais lorsque l'eau coule vers l'équivalent d'un trou noir, elle prend de la vitesse, entraînant avec elle le désordre des vagues.

"La vitesse du fluide est beaucoup plus élevée que la vitesse des vagues, donc les vagues sont entraînées vers le bas par le flux d'eau même lorsqu'elles se propagent dans la direction opposée", Le physicien Maurício Richartz a confié à José Tadeu Arantes de Agência FAPESP.

La mesure des oscillations a révélé des motifs qui restaient collés pendant de longues périodes près du bord du vortex, des états reflétant les caractéristiques du trou, telles que sa taille et ses angles.

"Notre principale constatation était que certaines oscillations se désintégraient très lentement ou, en d'autres termes, restaient actives pendant longtemps et étaient localisées dans l'espace à proximité du drain", Richartz a déclaré à Agência FAPESP .

"Ces oscillations ne sont plus des modes quasi-normaux, mais un schéma différent appelé" états quasi-liés "."

Les chercheurs espèrent créer intentionnellement un plus grand nombre de ces états énergétiques «quasi liés» de longue durée, et dans différentes conditions, afin d'étudier leurs implications pour la rotation de trous noirs.

Cela fait plus d'un siècle qu'on a montré que les équations de champ d'Einstein donnaient naissance à de curieux objets appelés singularités: d'étranges distorsions de l'espace qui donnent naissance aux monstres de la gravité que nous appelons des trous noirs.

Pourtant, malgré des décennies de recherche, nous sommes un peu plus près de comprendre la physique des trous noirs.

Heureusement pour nous, les trous noirs ne sont pas aussi silencieux qu’ils sont sombres. Nous avons juste besoin d'apprendre comment ils jouent leur musique.

Cette recherche a été publiée dans Lettres d'examen physique .

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