Alternative black hole models suggest quantum effects may erase need for singularities
Ever since general relativity pointed to the existence of black holes, the scientific community has been wary of one peculiar featu
Belle nuit, ô nuit d'amour
Souris à nos ivresses
Nuit plus douce que le jour
Ô, belle nuit d'amour
Le temps fuit et sans retour
Emporte nos tendresses
Loin de cet heureux séjour
Le temps fuit sans retour
Zéphyrs embrasés (Zéphyrs embrasés)
Versez-nous vos caresses (versez-nous vos caresses)
Zéphyrs embrasés (Zéphyrs embrasés)
Versez-nous-nous vos baisers (versez-nous)
Vos baisers (vos baisers)
Belle nuit, ô, nuit d'amour
Souris à nos ivresses
Nuit plus douce que le jour
Ô, belle nuit d'amour
Ô, nuit d'amour
Souris à nos ivresses (sour
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Notes de la rédaction du GIST
Des modèles alternatifs de trous noirs suggèrent que les effets quantiques pourraient rendre inutiles les singularités
Par SISSA Medialab
Trou noir singulier et alternatives non singulières. Crédit : Sissa Medialab. Image d’arrière-plan provenant de l’ESO/Cambridge Astronomical Survey Unit (eso.org/public/images/eso1101a/)
Depuis que la relativité générale a mis en évidence l’existence des trous noirs, la communauté scientifique s’est méfiée d’une particularité : la singularité au centre – un point, caché derrière l’horizon des événements, où les lois de la physique qui régissent le reste de l’univers semblent s’effondrer complètement. Depuis quelque temps, les chercheurs travaillent sur des modèles alternatifs exempts de singularités.
Un nouvel article publié dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, fruit de travaux menés à l’Institut de physique fondamentale de l’univers (IFPU) de Trieste, fait le point sur l’état des connaissances dans ce domaine. Il décrit deux modèles alternatifs, propose des tests observationnels et explore comment cet axe de recherche pourrait également contribuer au développement d'une théorie de la gravité quantique.
« Hic sunt leones », remarque Stefano Liberati, l'un des auteurs de l'article et directeur de l'IFPU. Cette expression fait référence à la singularité hypothétique prédite au centre des trous noirs standards, ceux décrits par les solutions des équations de champ d'Einstein. Pour comprendre ce que cela signifie, un bref rappel historique est utile.
En 1915, Einstein publiait ses travaux fondateurs sur la relativité générale. Un an plus tard, le physicien allemand Karl Schwarzschild trouvait une solution exacte à ces équations, ce qui impliquait l'existence d'objets extrêmes aujourd'hui connus sous le nom de trous noirs. Ces objets ont une masse si concentrée que rien, pas même la lumière, ne peut échapper à leur attraction gravitationnelle, d'où le terme « noir ».
Dès le début, cependant, des aspects problématiques sont apparus et ont déclenché un débat qui a duré des décennies. Dans les années 1960, il est devenu évident que la courbure de l'espace-temps devient véritablement infinie au centre d'un trou noir : une singularité où les lois de la physique – du moins le semblent-elles – cessent de s'appliquer.
Si cette singularité était réelle, plutôt qu'un simple artefact mathématique, cela impliquerait que la relativité générale s'effondre dans des conditions extrêmes. Pour une grande partie de la communauté scientifique, invoquer le terme « singularité » est devenu une sorte de signal d'alarme : cela signifie que nous ignorons tout simplement ce qui se passe dans cette région.
Malgré le débat permanent autour des singularités, les preuves scientifiques de l'existence des trous noirs n'ont cessé de s'accumuler depuis les années 1970, aboutissant à des événements marquants tels que les prix Nobel de physique de 2017 et 2020.
Parmi les moments clés, on peut citer la première détection d’ondes gravitationnelles en 2015, révélant la fusion de deux trous noirs, et les images extraordinaires capturées par l’Event Horizon Telescope (EHT) en 2019 et 2022. Pourtant, aucune de ces observations n’a jusqu’à présent fourni de réponses définitives sur la nature des singularit
Lors de cette réunion, trois principaux modèles de trous noirs ont été présentés : le trou noir standard prédit par la relativité générale classique, doté d'une singularité et d'un horizon des événements ; le trou noir régulier, qui élimine la singularité mais conserve l'horizon ; et le trou noir imitateur, qui reproduit les caractéristiques externes d'un trou noir sans singularité ni horizon des événements.
L'article décrit également comment les trous noirs réguliers et les imitateurs pourraient se former, comment ils pourraient se transformer les uns en les autres et, surtout, quels types de tests observationnels pourraient un jour les distinguer des trous noirs standards.
Si les observations recueillies jusqu'à présent sont révolutionnaires, elles ne nous disent pas tout. Depuis 2015, nous avons détecté des ondes gravitationnelles provenant de fusions de trous noirs et obtenu des images des ombres de deux trous noirs : M87* et Sagittarius A*. Mais ces observations se concentrent uniquement sur l'extérieur ; elles ne nous renseignent pas sur la présence ou non d'une singularité au centre.
« Mais tout n'est pas perdu », conclut Liberati. Les trous noirs ordinaires, et en particulier les imitateurs, ne sont jamais exactement identiques aux trous noirs standards, même au-delà de l'horizon. Ainsi, les observations qui explorent ces régions pourraient, indirectement, nous renseigner sur leur structure interne.
Pour ce faire, nous devrons mesurer les écarts subtils par rapport aux prédictions de la théorie d'Einstein, à l'aide d'instruments de plus en plus sophistiqués et de différents canaux d'observation. Par exemple, dans le cas des imitateurs, l'imagerie haute résolution du télescope Event Horizon pourrait révéler des détails inattendus dans la lumière déviée autour de ces objets, comme des anneaux de photons plus complexes.
Les ondes gravitationnelles pourraient présenter de subtiles anomalies compatibles avec des géométries spatio-temporelles non classiques. Le rayonnement thermique provenant de la surface d'un objet sans horizon, comme un imitateur, pourrait offrir un autre indice prometteur.
Un avenir prometteur
Les connaissances actuelles ne permettent pas encore de déterminer précisément le type de perturbations à rechercher, ni leur intensité. Cependant, des avancées significatives dans la compréhension théorique et les simulations numériques sont attendues dans les années à venir. Ces travaux poseront les bases de nouveaux outils d'observation, conçus spécifiquement pour des modèles alternatifs.
Comme ce fut le cas pour les ondes gravitationnelles, la théorie guidera l'observation, laquelle affinera ensuite la théorie, voire exclura certaines hypothèses.
Cet axe de recherche est extrêmement prometteur : il pourrait contribuer au développement d'une théorie quantique de la gravité, passerelle entre la relativité générale, qui décrit l'univers à grande échelle, et la mécanique quantique, qui régit le monde subatomique.
« L'avenir de la recherche sur la gravité », conclut Liberati, « est une période véritablement passionnante. Nous entrons dans une ère où un vaste paysage inexploré s'ouvre à nous. »
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RESUIME
Des modèles alternatifs de trous noirs suggèrent que les effets quantiques pourraient rendre inutiles les singularités.
Depuis que la relativité générale a mis en évidence l'existence des trous noirs, la communauté scientifique s'est méfiée d'une particularité : la singularité au centre – un point, caché derrière l'horizon des événements, où les lois de la physique qui régissent le reste de l'univers semblent s'effondrer complètement. Depuis quelque temps, les chercheurs travaillent sur des modèles alternatifs exempts de singularités.
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COMMENTAIRES
Mes lecteurs savent a quel point je rejette la singularite du modele standard de la comologie un point capable de contenir tout un univers a naitre .......
Toutefois il s agit ici de la singularite quin serait attribuable aux trous noirs et donc c est tout autre chose!
L aissons alors
les thériciens jouer avec le concept de l horizon des évé nements et autres fariboles !
La disparition de la matière et de l energie lumineuse on en reparlera dimanche ,mon jour de méditation réaliste !!!
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More information: Raúl Carballo-Rubio et al, Towards a Non-singular Paradigm of Black Hole Physics, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (2025). On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2501.05505
Journal information: arXiv
Provided by SISSA Medialab
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