Des scientifiques affirment que les trous noirs enfreignent leurs propres lois physiques

L’énigme tenace de la déformation gravitationnelle

Les trous noirs ont l’habitude de défier les lois de l’univers avec une constance troublante. Ils laissent derrière eux de multiples paradoxes, provoquant un véritable effondrement de la physique connue dans leur sillage. Cette réalité s’applique tout particulièrement à la façon dont les forces de marée interagissent avec ces objets lorsqu’elles proviennent de sources gravitationnelles externes.

Pendant des décennies, la communauté scientifique s’est appuyée sur une règle de calcul stricte : lorsqu’un trou noir entre en contact avec des influences gravitationnelles extérieures, il ne subit aucune déformation. Ce phénomène est quantifié par une valeur appelée « nombre de Love de marée », qui a toujours été évaluée à un zéro absolu, nada, rien, pour ces objets célestes. Toutefois, une nouvelle étude publiée dans la revue Physical Review D vient bousculer cette certitude, suggérant que sous certaines conditions précises, l’influence des champs fermioniques pourrait forcer ces astres à briser cette règle du zéro. Une découverte qui conforte leur réputation de véritables casse-têtes scientifiques supermassifs de l’univers.

L’héritage d’Augustus E.H. Love face aux astres extrêmes

Pour comprendre l’ampleur de cette rupture théorique, il faut remonter à l’année 1909. Le mathématicien britannique Augustus Edward Hough (A.E.H.) Love formule alors ces fameux nombres éponymes dans un but bien précis. À l’époque, il cherchait à décrypter la déformation de marée subie par la Terre alors qu’elle subit l’attraction gravitationnelle de la Lune et du Soleil.

Aujourd’hui, ces nombres de Love sont des outils mathématiques précieux. Ils aident les scientifiques à explorer la structure interne des objets lorsque ces derniers se déplacent et s’étirent sous l’effet des forces de marée. Si la Terre ou même des objets ultra-denses comme les étoiles à neutrons réagissent de manière mesurable à ces forces, les trous noirs possèdent un nombre de Love pour le moins atypique. Les auteurs de l’étude l’expliquent ainsi : « En relativité générale, les trous noirs présentent une caractéristique remarquable : leurs nombres de Love de marée—associés à la réponse conservative aux champs de marée statiques—s’annulent identiquement, »

Une exception troublante au milieu du cosmos

Cette nullité parfaite de la déformation constitue une anomalie fascinante dans le paysage cosmique. Les chercheurs détaillent cette singularité dans leur publication : « Ce résultat contraste vivement avec le comportement d’autres objets compacts, qui ont généralement des nombres de Love de marée non nuls […] les nombres de Love de marée sont également non nuls pour les trous noirs entourés de distributions de matière, pour les trous noirs dans les théories de gravité modifiée et les espaces-temps asymptotiquement non plats, et enfin pour les trous noirs de dimensions supérieures. »

Face à ce constat complexe, l’équipe de recherche a décidé d’analyser le nombre de Love des trous noirs sous un angle radicalement différent. Habituellement, ces valeurs sont dérivées de sources bosoniques, qui agissent comme des vecteurs de force. Cela inclut des phénomènes familiers pour les physiciens, comme les ondes gravitationnelles, les champs électromagnétiques ou encore les champs scalaires. L’étude propose d’abandonner cette voie classique pour se tourner vers une perspective purement fermionique.

Les mystères des trous noirs de Kerr

Pour mener à bien leurs travaux, les scientifiques se sont penchés spécifiquement sur les trous noirs de Kerr. Décrits par la théorie de la relativité d’Albert Einstein, il s’agit de trous noirs non chargés et dotés d’un moment cinétique. Pour sonder ces monstres de gravité, les chercheurs ont utilisé des sources fermioniques, telles que le champ de Dirac semblable à un neutrino sans masse, un champ mathématique intrinsèque à la théorie quantique des champs.

La différence majeure entre l’approche classique et cette nouvelle méthode réside dans ce que les spécialistes nomment les « symétries d’échelle ». Concrètement, ces symétries forcent une solution nulle pour les perturbations bosoniques. En revanche, les champs fermioniques parviennent à échapper à cette contrainte mathématique. La raison tient au fait que leur moment multipolaire le plus bas, une valeur qui aide à décrire la structure gravitationnelle des trous noirs, « admet une solution de décroissance régulière, » selon les auteurs de l’étude.

La théorie vertigineuse de la « chevelure » quantique

Cette exception inattendue suggère une hypothèse vertigineuse pour la physique moderne : les trous noirs pourraient contenir une « chevelure » fermionique. Ce concept théorique n’est pas sans rappeler un autre scénario hypothétique connu sous le nom de chevelure électrofaible. Ce dernier décrit un nuage composé de bosons W et Z à partir duquel un trou noir donné possède la capacité d’extraire de l’énergie ainsi qu’un moment cinétique.

Les implications de cette nouvelle approche pourraient bouleverser durablement la cosmologie. « Nos résultats soulignent le rôle distinctif des fermions pour contourner potentiellement ces théorèmes, et ouvrent de nouvelles directions pour sonder l’interaction entre les champs fondamentaux, la structure des trous noirs et la phénoménologie de la gravité forte, » concluent les auteurs. Si ces recherches devaient être confirmées, elles inaugureraient une voie inédite pour explorer les objets célestes les plus énigmatiques de notre univers.

Selon la source : popularmechanics.com