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En 1974, le physicien Stephen Hawking, alors qu’il travaille sur la thermodynamique des trous noirs, met en évidence un processus théorique se déroulant aux abords de l’horizon des événements : le rayonnement de Hawking. Dans l’environnement d’un trou noir, le champ gravitationnel est si intense qu’il sépare les paires de particule-antiparticule issues des fluctuations quantiques du vide, une particule étant absorbée et l’autre réémise. Possédant la caractéristique électromagnétique d’un rayonnement de corps noir, ce rayonnement est encore entièrement théorique. Cependant, les données gravitationnelles issues de l’événement GW170817 pourraient contenir des indices de sa présence.

L’existence de ce rayonnement signifierait que les trous noirs s’évaporent lentement, résolvant le paradoxe de l’information. Mais, tout comme les ondes gravitationnelles jusqu’à il y a seulement quelques années, il est trop faible pour être détecté par nos instruments actuels.

Toutefois, deux cosmologistes ont récemment montré que les ondes gravitationnelles pourraient contenir des échos du rayonnement de Hawking. l’étude a été publiée dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Des échos du rayonnement de Hawking dans les ondes gravitationnelles

Les analogues de trous noirs développés en laboratoire semblent suggérer que le rayonnement de Hawking est réel. Mais les ondes gravitationnelles pourraient jouer un rôle dans le processus. Parce que si le rayonnement de Hawking est bien réel, il devrait y avoir un « flou » quantique autour de l’extérieur de l’horizon des événements d’un trou noir. Et ce « brouillard quantique » devrait produire un écho dans les ondes gravitationnelles générées.

membrane echo

Représentation spatiotemporelle des échos des ondes gravitationnelles d’une membrane sur l’horizon étiré, suite à l’effondrement gravitationnel provenant d’une fusion d’étoiles à neutrons"] binaires. Crédits : Jahed Abedi et Niayesh Afshordi

« Les scientifiques n’ont pas été en mesure de déterminer expérimentalement si une matière s’échappait des trous noirs jusqu’à la détection très récente des ondes gravitationnelles. Si le flou quantique responsable du rayonnement de Hawking existe autour des trous noirs, les ondes gravitationnelles pourraient rebondir sur celui-ci, ce qui créerait des signaux d’ondes gravitationnelles plus petits après l’événement de collision gravitationnelle principal, semblables à des échos répétés » explique Niayesh Ashfordi, astrophysicien à l’université de Waterloo.

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De potentiels indices d’écho à prendre avec précaution

C’est ce qu’Afshordi et son collègue, le cosmologiste Jahed Abedi de l’Institut Max Planck de physique gravitationnelle en Allemagne, pensent qu’ils auraient pu détecter dans les données gravitationnelles. Leurs résultats, disent-ils, correspondent aux échos simulés prédits par les modèles de trous noirs flous émettant un rayonnement Hawking. Mais il y a quelques précautions à prendre.

pics echo

Représentation de l’amplitude-fréquence du premier pic d’écho 1 seconde après la fusion des deux étoiles à rayonnement de Hawkings (GW170817). La zone bleue entre 63 Hz et 92 Hz est la plage de fréquences dans laquelle un pic d’écho était le plus susceptible de se produire. Crédits : Jahed Abedi et Niayesh Afshordi

Sur le même sujet : Le rayonnement de Hawking recréé et conforté en laboratoire

D’une part, une analyse l’année dernière des données sur les ondes gravitationnelles de GW150914 n’a trouvé aucune preuve de rayonnement de Hawking. De plus, une autre étude de l’an dernier comprenait une analyse concertée de tous les signaux d’ondes gravitationnelles collectés à ce jour, à la recherche de preuves d’échos d’ondes gravitationnelles et, par extension, de rayonnements Hawking. Les auteurs n’ont trouvé aucune preuve statistiquement significative d’échos.

Mais il est tout à fait possible, en fait, que nos instruments ne soient toujours pas suffisamment sensibles pour détecter le rayonnement de Hawking. Et Afshordi reconnaît que le signal détecté par l’équipe pourrait en réalité simplement être un bruit parasite dans les données. Le moyen de le découvrir serait de rechercher des signaux similaires dans d’autres ensembles de données sur les ondes gravitationnelles.

Sources : arXiv

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