Un scientifique de l'Université métropolitaine de Tokyo a résolu le problème de longue date d'une « dissonance » dans les ondes gravitationnelles émises par un trou noir.
En utilisant l'informatique de haute précision et un nouveau cadre de physique théorique, il a été découvert qu'il était causé par une résonance entre une paire de « modes » distinctifs, c'est-à-dire différentes manières dont un trou noir peut « sonner ». Le phénomène offre de nouvelles perspectives sur le champ naissant de la spectroscopie de trou noir.
La recherche est publiée dans la revue Lettres d'examen physique.
Les trous noirs sont des objets astrophysiques si denses que même la lumière ne peut pas échapper à leur traction gravitationnelle. Malgré leur présence formidable dans le Cosmos, cependant, ce n'est qu'au cours de la dernière décennie que nous avons commencé à lutter contre la façon dont ils se comportent.
Cela est grâce à l'avènement de l'astronomie des ondes gravitationnelles, où les efforts de détection mondiale dirigés par le LIGO (interférométrie laser Observatoire gravitationnel) -virgo-kagra (Kamioka Gravitation Wave Detector) ont permis de détecter les perturbations créées par des trous noirs dans le tissu de l'espace-temps.
Les physiciens théoriques sont désormais confrontés à la tâche herculéenne d'essayer de comprendre les ondes gravitationnelles dégagées par des trous noirs, en travaillant à partir de modèles théoriques.
L'un de ces efforts a été un calcul effectué en 1997 par un étudiant diplômé, Hisashi Onozawa de l'Institut de technologie de Tokyo (maintenant l'Institut des sciences Tokyo), qui a découvert une curieuse irrégularité dans ce à quoi ces vagues devraient ressembler. Tout comme le son émis par une cloche qui sonne, les ondes gravitationnelles devraient être composées d'une combinaison de «modes» ou de différents sons émis par les différentes façons dont le trou noir «vibre».
Ces modes devaient varier en douceur et de manière prévisible. Cependant, les calculs ont montré une «dissonance» déroutante, où un mode particulier s'est comporté complètement différemment des autres. Les personnes à l'époque soupçonnaient une erreur de calcul ou un artefact, mais même avec l'avènement de meilleurs ordinateurs, le résultat est resté un mystère non résolu.
Aujourd'hui, après 30 ans, le professeur agrégé Hayato Motohashi de l'Université métropolitaine de Tokyo, anciennement affilié à l'Université de Kogakuin, a résolu ce problème en utilisant des calculs de précision et le domaine théorique naissant de la physique non-hermitienne.
En examinant attentivement le comportement des modes, il a constaté que la dissonance n'était pas isolée en un seul mode mais était le résultat de deux modes interagissant les uns avec les autres. En fait, en examinant de nombreux modes, il s'avère que ce type d'interaction entre les modes n'est pas un incident rare, mais qui se révèle universellement dans une gamme de modes.
Grâce à une série d'analyses théoriques, cette résonance entre les modes dans les trous noires s'est avérée être un exemple d'une multitude de phénomènes physiques non seulement dans l'astrophysique, mais aussi la physique optique, en regardant les ondes électromagnétiques au lieu de gravitationnelles.
L'application interdisciplinaire d'une nouvelle approche théorique annonce la naissance du nouveau domaine de la physique gravitationnelle non-hermitienne, débloquant le véritable potentiel d'expériences à l'échelle mondiale comme la collaboration Ligo-Virgo-Kagra, qui se présente en ligne.
