En 1963, le mathématicien Roy Kerr a trouvé une solution aux équations d'Einstein décrivant avec précision l'espace-temps.
Rappelons que le moment cinétique est une physiqueune quantité qui caractérise la quantité de mouvement de rotation et dépend de la quantité de masse qui tourne, de la façon dont elle est distribuée dans l'espace et de la vitesse angulaire à laquelle la rotation elle-même se produit.
Que sont les trous noirs ?
Il existe quatre types connus de trous noirs qui aidentprésenter des solutions aux équations d'Einstein qui décrivent la force de gravité dans la théorie générale de la relativité. Deux d’entre eux tournent : ce sont les trous noirs de Kerr et Kerr-Newman.
Photo : ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
Les trous noirs de Kerr portent le nom du célèbremathématicien Roy Kerr. C'est lui qui a trouvé les solutions des équations décrivant le comportement d'un trou noir en rotation. Par la suite, ils ont été complétés par Ezra Newman. Il a décrit avec précision la géométrie de l'espace-temps, dans laquelle se trouvait un objet massif, caractérisé par un mouvement de rotation. C'est ce dernier facteur qui distingue les trous noirs de Kerr-Newman des trous de Schwarzschild, qui sont généralement statiques. De plus, les trous noirs de Kerr-Newman ont une ergosphère. Rappelons qu'il s'agit d'une région de l'espace-temps proche d'un trou noir en rotation, située entre l'horizon des événements et la limite statique. Les objets dans l'ergosphère tournent inévitablement avec le trou noir en raison de l'effet Lense-Thirring.
Quel est le problème?
Si un trou noir est stable, il finira parreviendra à la description mathématique de Kerr même après avoir été durement touché par les ondes gravitationnelles. Si ces géants de l'espace étaient instables, la théorie de la gravité d'Einstein devrait être modifiée à un niveau fondamental, et la communauté scientifique devrait réviser toutes les connaissances sur les géants de l'espace. Tout suggérait que la stabilité de Kerr était justifiée, mais cela ne pouvait être prouvé.
Qu'est-ce que les scientifiques ont découvert?
Pour résoudre le problème, les scientifiques se sont penchés sur la questionsavoir si les ondes gravitationnelles tombant dans un trou noir peuvent le modifier ou le détruire complètement. Par exemple, imaginez un verre à vin, écrit Quanta Magazine. Il commencera à vibrer et même à se casser si suffisamment d'ondes sonores sont dirigées vers lui, correspondant exactement à la fréquence de résonance de la capacité. En conséquence, les physiciens se sont demandé si un phénomène similaire de type résonance pouvait se produire lorsque des ondes gravitationnelles heurtaient un trou noir.
Photo: Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Dans l'étude, les scientifiques ont présenté quese produira si une onde gravitationnelle traverse l’horizon des événements d’un trou noir de Kerr et se retrouve « à l’intérieur » de celui-ci. Les calculs ont montré que cela pourrait modifier sa masse et sa rotation, mais ce serait toujours l'objet décrit par les équations de Kerr.
Ainsi, les chercheurs ont montré que lentementLes trous noirs en rotation ne s’effondrent pas à la suite d’une faible exposition aux ondes gravitationnelles. Les théoriciens espèrent que dans les prochaines années ils généraliseront leurs résultats au cas du moment cinétique arbitraire.
Quelle est la ligne du bas?
Jusqu'à présent, la stabilité n'a été prouvée que pourles trous noirs à rotation lente, où le rapport du moment cinétique du trou noir à sa masse était bien inférieur à 1. Quant aux objets à rotation rapide, les scientifiques n'en étaient pas si sûrs. De plus, les physiciens ne savaient pas à quel point le rapport du moment cinétique à la masse devait être petit pour fournir la même stabilité.
Considérant qu'il n'y a qu'une étape dans leur longpreuve est basée sur l'hypothèse d'un petit moment cinétique, Sergiu Kleinerman de l'Université de Princeton, co-auteur de l'étude, a noté qu '"il ne serait pas du tout surprenant si, d'ici la fin de la décennie, une résolution complète de l'hypothèse de Kerr de stabilité apparaît."
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Photo de couverture : ESO/L. Calçada, CC BY 4.0, Wikimedia Commons