Si vous deviez plonger dans un trou noir (quelque chose que nous ne recommanderions pas), vous trouveriez probablement une singularité, ou un point infiniment petit et dense, au centre. Ou c'est ce que les physiciens ont toujours pensé.
Mais maintenant, une paire de scientifiques suggère que certains trous noirs ne sont pas du tout des trous noirs. Au lieu de cela, ils peuvent être des objets étranges remplis d'énergie sombre - la force mystérieuse qui pousserait aux limites de l'univers, la faisant se développer à un rythme toujours croissant.
"Si ce que nous pensions être des trous noirs sont en fait des objets sans singularités, alors l'expansion accélérée de notre univers est une conséquence naturelle de la théorie d'Einstein de la relativité générale", a déclaré Kevin Croker, astrophysicien à l'Université d'Hawaï à Mānoa.
Croker et un collègue décrivent cette idée dans une nouvelle étude, publiée en ligne le 28 août dans le Astrophysical Journal. S'ils ont raison, et que la singularité au cœur d'un trou noir pourrait être remplacée par une énergie étrange jetant tout à part, cela pourrait révolutionner notre façon de penser ces objets denses.
Le duo n'était pas là pour découvrir ce qu'il y avait dans un trou noir. Croker et Joel Weiner, professeur émérite de mathématiques à la même université, examinaient les équations de Friedmann, qui sont simplifiées à partir de la théorie d'Einstein de la relativité générale. (La relativité décrit la façon dont la masse et l'énergie déforment l'espace-temps.) Les physiciens utilisent les équations de Friedmann pour décrire l'expansion de l'univers, en partie parce que les mathématiques sont plus simples que dans le corps d'équations d'Einstein décrivant la relativité. L'équipe a constaté que, pour écrire correctement les équations de Friedmann, les régions ultradenses et isolées de l'espace, comme les étoiles à neutrons et les trous noirs, devaient être traitées de la même manière mathématique que toutes les autres zones. Auparavant, les cosmologistes pensaient qu'il était raisonnable d'ignorer les détails internes des régions ultradenses et isolées, comme l'intérieur d'un trou noir.
"Nous avons montré qu'il n'y avait qu'une seule façon de procéder correctement", a déclaré Croker à Live Science. "Et si vous le faites de cette façon, ce qui est la bonne façon de le faire, vous trouverez des choses intéressantes."
Les nouveaux résultats suggèrent que toute l'énergie noire nécessaire à l'expansion accélérée de l'univers pourrait être contenue dans ces alternatives aux trous noirs. Les chercheurs ont découvert cela en mathématiques, après avoir corrigé la façon d'écrire les équations de Friedmann. Et dans un document de suivi soumis à The Astrophysical Journal et publié le 7 septembre sur le journal de préimpression arXiv, ils ont montré que ces alternatives aux trous noirs, appelées Generic Objects of Dark Energy (GEODEs), pourraient également aider à expliquer les particularités de la gravitation. observations des vagues de 2016.
Les calculs à partir des équations de Friedmann ont montré qu'au fil du temps, ces objets ultradenses prennent du poids simplement en raison de l'expansion de l'univers, même lorsqu'il n'y a pas de matériau à proximité à consommer. Tout comme la lumière voyageant dans l'espace en expansion perd de l'énergie - un effet connu sous le nom de redshift - la matière perd également du poids à mesure que l'espace se développe. L'effet est généralement si minuscule qu'on ne le voit pas. Mais dans un matériau ultradense avec de très fortes pressions à l'intérieur, connu sous le nom de matériau relativiste, l'effet devient perceptible. L'énergie sombre est très relativiste, et sa pression agit à l'opposé de la matière normale et de la lumière - donc les objets qui en sont constitués (comme ces GEODE hypothétiques) prennent du poids au fil du temps.
"La lumière est une sorte de chose étrange. Elle se comporte de manière contre-intuitive, à bien des égards", a déclaré Croker. "Les gens ne s'attendaient pas à ce que ce comportement puisse également être exposé dans d'autres objets. Mais nous avons montré, oui, vous pouvez le voir dans un autre objet", à savoir à l'intérieur des GEODE.
Les GEODE ont été proposés pour la première fois dans les années 1960, mais les calculs les soutenant n'ont été élaborés que récemment. Mais il s'avère que ces objets étranges pourraient également fournir une explication simple pour les fusions de grands trous noirs observées. En 2016, les membres de la collaboration de l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) -Virgo ont annoncé qu'ils avaient les premières observations d'une fusion de trous noirs, mais les masses calculées des trous noirs supposés étaient inattendues - les scientifiques s'attendaient à ce que les masses soient soit beaucoup plus élevé ou plus bas.
Mais les GEODE, contrairement aux trous noirs traditionnels, prennent du poids avec le temps. Si deux GEODE qui s'étaient formées dans le jeune univers étaient finalement entrées en collision, au moment où elles sont entrées en collision, elles auraient grossi plus que les trous noirs typiques. À ce stade, les masses des GEODE correspondraient aux masses observées dans la collision observée par LIGO-Virgo. Au lieu d'avoir à concevoir une situation très spécifique qui a conduit à la fusion, les GEODE pourraient apporter une solution plus simple pour expliquer les observations.
Cependant, tous les scientifiques ne sont pas convaincus. La nouvelle description de ces objets est "contre-intuitive et difficile à digérer", a déclaré à Live Science dans un e-mail Vitor Cardoso, professeur de physique à l'Instituto Superior Técnico de Lisbonne, au Portugal, qui n'était pas impliqué dans l'étude. Mais, a-t-il ajouté, "J'aime l'idée de trouver des alternatives aux trous noirs - cela nous oblige à renforcer le paradigme du trou noir. De plus, il est parfois difficile de trouver des choses si nous ne les recherchons pas."