Il y a quelques jours, j'ai écrit sur les modèles de trous noirs non singuliers, en particulier celui connu sous le nom de modèle Hayward. Depuis son introduction en 2006, plusieurs variantes du modèle Hayward ont été introduites, notamment un modèle rotatif similaire à la métrique de Kerr utilisée pour étudier les trous noirs supermassifs que nous avons observés directement. Cela soulève une question intéressante : et si nous utilisions un modèle Hayward rotatif au lieu du modèle Kerr habituel ? Une étude récente répond à cette question.
L'étude est publiée sur le arXiv serveur de préimpression.
De l’extérieur, les métriques du trou noir de Hayward sont presque les mêmes que les métriques habituelles du trou noir de Schwarzschild. Les deux sont des solutions aux équations de champ d’Einstein. La seule différence est que les solutions de Hayward imposent une contrainte supplémentaire selon laquelle le trou noir n'a pas de singularité, ce qui élimine quelques problèmes autour des singularités et des horizons des événements.
Pour les régions extérieures que nous pouvons observer, les deux modèles sont tellement similaires qu’on pourrait penser qu’il serait inutile d’utiliser un modèle plutôt qu’un autre. Mais ces derniers travaux montrent que le modèle Hayward pourrait présenter certains avantages.
Dans ce dernier travail, l’équipe a commencé avec une métrique de Hayward rotative et a introduit une simulation statistique d’un champ de plasma quelque peu aléatoire. Cela ressemble à la façon dont les animateurs de films et de jeux vidéo utilisent le flottement simulé pour simuler les vagues de l'eau plutôt que de calculer la dynamique réelle des fluides de l'eau. Le résultat ressemble à la réalité mais est beaucoup plus simple à calculer. Pour leur modèle, l’équipe a simulé le scintillement de la lumière émise par le disque d’accrétion près du trou noir.
Pour les modèles standards de trous noirs, cette approche est en grande partie inefficace. Les scintillements aléatoires deviennent simplement flous au niveau que nous pouvons observer, ce n'est donc pas très utile pour étudier la dynamique des trous noirs supermassifs. Mais les auteurs ont constaté que la même chose n’était pas vraie pour les modèles Hayward. Sans singularité, les modèles Hayward ont un petit caractère dynamique, et les scintillements aléatoires interagissent avec cela.
Par exemple, l’une des choses que nous avons observées avec le trou noir supermassif M87* est que le champ magnétique de son disque d’accrétion peut se déplacer assez soudainement. Nous ne savons pas encore exactement comment cela se produit, et les simulations informatiques utilisant une métrique standard sont très sensibles aux conditions initiales. Mais ce déplacement du champ magnétique apparaît naturellement dans le modèle Hayward. En d’autres termes, cette nouvelle approche donne une meilleure simulation de ce que nous observons.
Il convient de souligner que cette nouvelle approche ne s’attaque pas à la physique sous-jacente à l’origine de ces changements de champ magnétique. Mais ce n'est pas nécessairement un problème. Tout comme nous pouvons modéliser des phénomènes tels que la friction sans modéliser les interactions atomiques de deux surfaces, cette nouvelle approche pourrait nous aider à comprendre la dynamique globale des trous noirs.
Il s’avère donc que les modèles de trous noirs non singuliers ont finalement raison.
