Un analogue créé en laboratoire d'un trou noir a fourni de nouvelles preuves circonstancielles que ces mystérieux objets cosmiques émettent des flux de gaz de particules chargées, rapporte Science Alert, citant une nouvelle étude scientifique publiée dans la revue Nature. Les physiciens affirment que l'analogue d'un trou noir qu'ils ont créé a une température, ce qui est une condition préalable au rayonnement du même nom, prédit par Stephen Hawking.
Les trous noirs n'émettent rien. Ou rayonne-t-il?
Selon la relativité générale (GR), rien ne peut échapper à un trou noir. Leur force gravitationnelle est si grande que même la lumière, la chose la plus rapide de l'Univers, n'est pas capable de développer une vitesse suffisante pour sortir de son influence. Ainsi, selon la relativité générale, les trous noirs ne peuvent émettre aucun type de rayonnement électromagnétique.
Néanmoins, la théorie de Hawking de 1974 suggérait que si les règles de la mécanique quantique étaient ajoutées à la question, alors les trous noirs pourraient effectivement émettre quelque chose. C'est un type théorique de rayonnement électromagnétique nommé d'après Hawking lui-même.
Ce rayonnement hypothétique ressemble au rayonnement du corps noir généré par la température d'un trou noir, qui est inversement proportionnelle à sa masse. Les scientifiques n'ont pas encore pu le trouver directement. Les premières vraies photos du trou noir ont été prises récemment, donc tout est encore à venir. Néanmoins, les physiciens estiment que ce rayonnement, s'il existe, serait trop faible pour être trouvé avec nos instruments scientifiques modernes.
Mesurer la température d'un trou noir est également un défi. Un trou noir avec la masse du Soleil aura une température de seulement 60 nanokelvin. Le rayonnement de fond micro-ondes cosmique qu'il absorbera sera beaucoup plus élevé que le rayonnement de Hawking qu'il émettrait. De plus, plus la taille du trou noir est grande, plus sa température sera basse.
Pour tester l'hypothèse de Hawking, des physiciens de l'Université technique d'Israël ont mené une expérience avec «l'analogue» le plus proche d'un trou noir, qui a été créé avec succès dans des conditions de laboratoire à ce jour.
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Le rayonnement Hawking est-il réel?
Il a été inventé par le physicien israélien Jeff Steinhower en 2016 et est un condensat de Bose d'atomes de rubidium froids (refroidis à zéro presque absolu), dans l'un desquels les atomes se déplacent à une vitesse supersonique, et dans l'autre ils se déplacent très lentement. En se déplaçant, le condensat crée un soi-disant trou noir acoustique, qui emprisonne le son (phonons) au lieu de la lumière (photons). Les quanta de son entrant dans cette zone traversent une sorte d '«horizon d'événement acoustique», puisqu'ils ne peuvent plus en sortir. En étudiant les caractéristiques de l'analogue acoustique d'un trou noir, les experts sont arrivés à la conclusion qu'ils étaient proches de modèles théoriques impliquant la présence d'un rayonnement de Hawking.
Même lors de l'expérience en 2016, Steinhower et ses collègues ont pu démontrer que dans la région de l'horizon des événements acoustiques de leur analogue d'un trou noir, une paire de phonons intriqués peut apparaître, dont l'un en est repoussé par des atomes d'un condensat de Bose s'écoulant lentement dans l'espace, créant en fait l'effet de rayonnement Hawking. Dans le même temps, un autre phonon d'une paire peut être absorbé par un analogue d'un trou noir en raison d'un condensat à grande vitesse.
Il convient de noter que plus tôt cette année, un autre groupe de physiciens israéliens de l'Institut Weizmann, dirigé par Ulf Leonhardt, a créé son propre analogue d'un trou noir, qui a utilisé la technologie de la fibre optique comme base pour l'horizon des événements. Ensuite, les scientifiques ont considéré un résultat observé similaire comme une anomalie statistique. Cependant, une nouvelle expérience du groupe de Steinhauer a prouvé que ce n'est pas le cas. Le résultat de la nouvelle expérience a montré une fois de plus qu'un photon peut être projeté dans un espace hypothétique, tandis qu'un autre peut être absorbé par un trou noir hypothétique. Leonhardt a déjà commenté le succès du groupe Steinhower:
Les preuves que Hawking avait raison se multiplient, mais cette nouvelle méthode de détermination de la température d'un trou noir analogique pourrait aider à mieux comprendre la thermodynamique d'un trou noir.
Nikolay Khizhnyak
