Un petit univers fractal existerait dans les trous noirs hypothétiquement chargés

Depuis la publication d’Albert Einstein de General Relativity, les physiciens ont travaillé pour trouver les différentes solutions de types trou noir aux équations du champ gravitationnel. Trou noir stationnaire, trou noir rotatif, trou noir stationnaire chargé, trou noir rotatif chargé, etc. Certains d’entre eux Trous noirs sont censés exister dans notre univers, et d’autres, très théoriquement, dans des univers de configurations différentes. Les physiciens théoriciens ont examiné des trous noirs chargés entourés d’un type d’espace très spécifique et ont découvert que l’intérieur de ces objets était un espace-temps extrêmement chaotique qui constituait un univers fractal exotique.

Les auteurs ont examiné un trou noir chargé électriquement entouré d’un certain type d’espace connu sous le nom d ‘«espace anti-de-sitter». Sans entrer dans trop de choses, ce type d’espace a une courbure géométrique négative constante, comme une selle de cheval dont nous savons qu’elle n’est pas une bonne description de notre univers. (Un univers anti-de-sitter aurait une constante cosmologique négative, ce qui signifie que toute matière a tendance à se condenser dans un trou noir par rapport à l’expansion accélérée observée dans notre univers.)

Mieux comprendre les phénomènes physiques de notre univers

Même si cela ne rentre pas dans notre univers, il s’avère que ces trous noirs extraterrestres ont encore des structures étonnamment complexes qui méritent d’être explorées. L’une des raisons pour lesquelles cette enquête doit être saluée est que les trous noirs chargés ont de nombreuses similitudes avec les trous noirs rotatifs qui existent dans notre univers, mais les trous noirs chargés sont mathématiquement plus faciles à manipuler.

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Ainsi, en étudiant les trous noirs chargés, nous pouvons obtenir des informations sur la rotation des trous noirs dans le monde réel. De plus, les physiciens ont découvert que lorsque ces trous noirs deviennent relativement froids, ils créent un «brouillard» de champs quantiques autour de leurs surfaces. Cette brume colle à la surface, est attirée par la gravité du trou noir lui-même, mais repoussée par la répulsion électrique du même trou noir.

Une nébuleuse à champ quantique stable qui fonctionne sur une surface est également connue sous le nom de supraconducteur. Les supraconducteurs ont de réelles applications. Ainsi, lorsque nous voyons le rôle que jouent les supraconducteurs dans ces scénarios exotiques, nous pouvons mieux comprendre leurs structures mathématiques, qui dans des applications réelles peuvent potentiellement conduire à de nouvelles connaissances. Dans une étude publiée sur le serveur de pré-impression arXivUne équipe de chercheurs a donc utilisé le langage de la supraconductivité pour découvrir ce qui se trouve plus loin sous la surface de ces hypothétiques trous noirs.

Un trou de ver central infranchissable

Les trous noirs chargés ont une structure interne quelque peu étrange. Premièrement, au-delà de l’horizon des événements se trouve l’horizon intérieur, une région d’énergies quantiques intenses. De plus, il y a un trou de ver, un pont vers un trou blanc dans une autre partie de l’univers (du moins selon les mathématiques).

Nous ne savons pas vraiment si de tels trous de ver existent réellement, car le calcul des trous noirs chargés s’affaiblit à l’horizon intérieur et rien ne peut être appris tant que nous ne développons pas une nouvelle physique. Heureusement, des trous noirs chargés entourés d’un espace anti-sitter, que nous appellerons pour le moment des trous noirs supraconducteurs, évitent ce problème.

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La bonne nouvelle est que l’horizon intérieur d’un trou noir supraconducteur se décompose, vous pouvez donc le traverser en douceur sans être “spaghetti” comme vous le feriez dans un trou noir ordinaire. La mauvaise nouvelle est que le trou de ver dans un trou noir supraconducteur se déchire également, vous ne pouvez donc pas l’utiliser pour voyager.

Espace-temps chaotique et univers fractal

Mais cela ne veut pas dire que rien d’intéressant ne vous arrivera. Exactement à l’intérieur de l’horizon intérieur, l’intérieur d’un trou noir supraconducteur scintille un peu. Habituellement, les particules d’un supraconducteur réel peuvent vibrer et supporter des ondes qui fluctuent dans un effet connu sous le nom de vibrations Josephson. Et au fond de ces trous noirs, la pièce elle-même vibre d’avant en arrière. Si vous y tombiez physiquement, vous seriez dans un chaos extrême.

Schéma des oscillations Josephson supraconductrices

Graphique montrant les vibrations Josephson dans le régime supraconducteur. Les mêmes vibrations affecteraient l’espace-temps dans les trous noirs chargés. Crédits: Sean A. Hartnoll et al. 2021

Mais une fois que vous avez surmonté l’espace-temps vibrant, la suite est vraiment surprenante. Les chercheurs ont découvert que les régions les plus internes d’un trou noir supraconducteur peuvent avoir un univers en expansion miniature, un endroit où l’espace peut se dilater et se déformer dans différentes directions à différentes vitesses.

De plus, en fonction de la température du trou noir, certaines de ces régions de l’espace peuvent déclencher un nouveau cycle de vibration, qui crée alors une nouvelle zone d’expansion de l’espace, qui déclenche un nouveau cycle de vibration, qui crée alors une nouvelle zone d’expansion, etc., à des échelles toujours plus petites.

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Ce serait un petit univers fractal qui se répète à l’infini, de la plus grande à la plus petite échelle. Il est impossible de décrire ce que ce serait de marcher dans un tel paysage, mais ce serait certainement très étrange. Au centre de ce mystérieux chaos fractal et chaotique se trouve la singularité: le point de densité infinie, le lieu où se trouve chaque morceau de matière jamais tombé dans le trou noir.

Sources: arXiv

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