L’infinie diversité des formes des trous noirs
Le cosmos semble avoir une préférence pour les objets ronds. Les planètes et les étoiles sont sphériques en raison de l’influence uniforme de la gravité. Les trous noirs, selon la théorie, prennent également une forme sphérique dans notre Univers à trois dimensions d’espace et une de temps. Cependant, des recherches récentes suggèrent que des formes variées de trous noirs pourraient exister dans des dimensions supérieures.
Des mathématiciens, au cours des deux dernières décennies, ont découvert des exceptions à la forme sphérique des trous noirs. Plus récemment, ils ont démontré que les équations de la relativité générale d’Albert Einstein permettent une grande variété de trous noirs exotiques, avec un nombre infini de formes possibles dans les dimensions cinq et plus.
Ce travail est théorique et ne prouve pas l’existence réelle de ces trous noirs. Néanmoins, la détection d’un trou noir de forme atypique, par exemple dans un accélérateur de particules, pourrait indiquer que notre univers possède plus de quatre dimensions, comme l’affirme le géomètre Marcus Khuri, coauteur d’une étude à l’université de Stony Brook.
L’histoire des trous noirs commence avec Stephen Hawking, qui a montré en 1972 que la surface d’un trou noir devait être une sphère bidimensionnelle. Ce concept a été élargi dans les années 1980 et 1990 avec l’émergence de la théorie des cordes, qui propose l’existence de 10 ou 11 dimensions. Des physiciens comme Roberto Emparan et Harvey Reall ont découvert en 2002 une solution aux équations d’Einstein en cinq dimensions, un « anneau noir » ayant les contours d’un tore.
En 2006, Greg Galloway et Richard Schoen ont généralisé le théorème de Hawking pour inclure toutes les formes possibles des trous noirs dans des dimensions supérieures à quatre, y compris les « espaces lenticulaires », qui sont des constructions topologiques complexes.
Les recherches sur ces structures continuent. En 2022, Khuri et Rainone ont prouvé l’existence de trous noirs avec une topologie lenticulaire pour des valeurs spécifiques de paramètres. Ils ont également découvert qu’il est possible de créer un trou noir de n’importe quelle forme lenticulaire dans des dimensions supérieures, ce qui ouvre la voie à un nombre infini de possibilités.
La question demeure quant à la stabilité de ces trous noirs sans un champ de matière pour les soutenir. Des recherches futures pourraient éclairer si ces formes exotiques peuvent réellement exister dans notre Univers.
La détection de trous noirs artificiels avec des topologies non sphériques pourrait non seulement prouver l’existence de dimensions supérieures mais aussi remettre en question la validité de la relativité générale dans ces dimensions.
Source : Pour la Science
