Des chercheurs ont récemment exploré la dynamique des trous noirs de Kerr, des objets cosmiques qui tournent à une vitesse constante, à travers la théorie des particules à spin élevé et de grande masse. Cette étude, menée par des équipes de l'Université d'Uppsala, de l'Université d'Oxford et de l'Université de Mons, a été publiée dans la revue
Physical Review Letters.
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L'expérience LIGO/Virgo, basée aux États-Unis, a marqué un tournant en 2015 en détectant pour la première fois des ondes gravitationnelles. Depuis, cette découverte a stimulé l'élaboration de nouvelles descriptions théoriques sur les trous noirs par les physiciens du monde entier.
Le travail de ces chercheurs repose sur le principe de la symétrie de jauge, qui postule que certaines modifications des paramètres d'un système physique n'ont pas d'effet mesurable. Henrik Johansson, co-auteur de l'étude, compare cette approche à celle utilisée pour modéliser l'électron en électrodynamique quantique.
Les trous noirs de Kerr, prédits théoriquement, sont modélisés comme des particules fondamentales en rotation. La recherche s'appuie sur des travaux antérieurs qui ont établi une correspondance entre la métrique de Kerr et une famille infinie d'amplitudes de diffusion à spin élevé. Cette approche a été initiée par des physiciens comme Nima Arkani-Hamed, Tzu-Chen Huang et Yu-tin Huang.
Image illustrant la diffusion Compton, le principal processus discuté dans l'article.
Crédit: Cangemi et al. Johansson souligne l'importance de la symétrie de jauge de spin élevé et de grande masse pour reproduire les amplitudes de diffusion de Kerr. Cette méthode, inspirée par les travaux d'Ernst Stueckelberg et Yurii Zinoviev, permet de contraindre efficacement la dynamique des trous noirs en rotation.
L'application de la symétrie de jauge de spin élevé aux trous noirs est une première dans le domaine. Les résultats préliminaires sont prometteurs et pourraient ouvrir la voie à de nouvelles études.
Les chercheurs espèrent à terme contraindre complètement l'amplitude de diffusion Compton des trous noirs de Kerr. Cela nécessitera une collaboration étroite entre les physiciens théoriques étudiant les particules à spin élevé et ceux travaillant sur l'équation de Teukolsky, issue de la théorie de la relativité générale.
Johansson et son équipe envisagent de poursuivre l'exploration des propriétés quantiques des trous noirs, évoquant des similitudes avec les particules élémentaires.