Un mystérieux objet ressemblant à un trou noir sans en être un pourrait être un nouveau type d’étoile de la théorie des cordes
L‘univers est un lieu vaste et mystérieux, rempli d’objets qui déconcertent les esprits et défient notre compréhension des lois de la physique. L’un de ces objets, une structure hypothétique connue sous le nom de soliton topologique ou défaut topologique, a récemment fait l’objet de recherches menées par une équipe de physiciens de l’université américaine de Johns Hopkins.
Image d’entête : image (hypothétique) soliton topologique. (Pierre Heidmann/ Johns Hopkins University)
Ces scientifiques pensent que le soliton topologique, qui ressemble à un trou noir et se comporte comme un trou noir à bien des égards, pourrait en fait être un nouveau type d’étoile.
L’équipe s’est inspirée de la détection des ondes gravitationnelles en 2015, qui a fourni la preuve la plus solide à ce jour de l’existence des trous noirs. Bien que l’objet mystérieux soit actuellement une hypothèse mathématique, les chercheurs ont réussi, grâce à leurs équations et à leurs simulations, à construire un soliton topologique qui ressemble et se comporte comme un trou noir vu de loin, mais qui agit différemment vu de près.
Selon Pierre Heidmann, un physicien de Johns Hopkins qui a dirigé l’étude :
Nous avons été très surpris. L’objet a l’air identique à un trou noir, mais il y a de la lumière qui sort de son point noir.
L’une des plus frappantes différences entre un soliton topologique et un trou noir est le comportement de la lumière autour de l’objet. Dans un trou noir, la force gravitationnelle est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s’en échapper. En revanche, le soliton topologique est entouré de faibles rayons lumineux dispersés selon des schémas chaotiques, ce qui produit beaucoup de flou plutôt qu’une tache sombre.
Selon Heidmann :
La lumière est fortement courbée, mais au lieu d’être absorbée comme elle le serait dans un trou noir, elle se disperse dans des mouvements bizarres jusqu’à ce qu’à un moment donné, elle revienne vers vous de manière chaotique. On ne voit pas de tache sombre. Vous voyez beaucoup de flou, ce qui signifie que la lumière est en orbite autour de cet objet bizarre.
Cette animation montre les effets de lentille gravitationnelle causés par l’absence d’objet dans la ligne de visée d’un observateur, un trou noir et le soliton topologique. (Pierre Heidmann/ Johns Hopkins University).
Cette différence de comportement est importante, car elle suggère qu’il pourrait y avoir d’autres corps célestes dans l’espace, cachés même des meilleurs télescopes sur Terre et autour. Le fait que le soliton topologique puisse être élaboré à l’aide d’équations mathématiques et de simulations constitue une preuve solide de l’existence de ces objets.
Selon Ibrahima Bah, physicien à l’université Johns Hopkins et coauteur de l’étude :
Comment savoir s’il n’y a pas de trou noir ? Nous n’avons pas de bon moyen de le tester. L’étude d’objets hypothétiques tels que les solitons topologiques nous aidera à résoudre ce problème.
Le soliton topologique n’est pas une prédiction d’un nouvel objet, mais plutôt un modèle de ce à quoi pourraient ressembler les nouveaux objets de gravité quantique par rapport aux trous noirs. Les travaux de Johns Hopkins marquent le début d’un nouveau programme de recherche visant à proposer de nouveaux types d’étoiles ultracompactes constituées de nouveaux types de matière issus de la gravité quantique.
L’utilisation de la théorie des cordes, qui réconcilie la mécanique quantique et la théorie de la gravité d’Einstein, est une partie essentielle de cette recherche. Les scientifiques ont déjà créé des modèles d’étoiles à bosons, de gravastars et d’autres objets hypothétiques qui pourraient exercer des effets gravitationnels similaires avec des formes exotiques de la matière, mais l’utilisation de la théorie des cordes tient compte de théories sur le fonctionnement interne de l’univers que d’autres modèles ne prennent pas en compte. En fait, Bah et Heidmann ont créé des solitons topologiques à l’aide de la théorie d’Einstein en 2015.
Cette recherche est importante non seulement parce qu’elle suggère l’existence de nouveaux corps célestes, mais aussi parce qu’elle soulève d’importantes questions sur la manière dont nous détectons et classons les objets dans l’espace. En l’absence d’un bon moyen de tester l’existence des trous noirs, nous avons peut-être négligé d’autres objets produisant des effets gravitationnels similaires.
L’étude à paraitre dans Physical Review D. : Imaging topological solitons: The microstructure behind the shadow et présentée sur le site de l’Université Johns Hopkins : Could this copycat black hole be a new type of star?
