Un soliton (voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Soliton) est une onde solitaire qui se propage sans se déformer dans un milieu non linéaire et dispersif. On en trouve des exemples dans de nombreux milieux: solutons hydrodynamiques, solutons optiques, solutons mécaniques, solutons électriques
En théorie (quantique) des champs, les solitons topologiques sont des solutions classiques non triviales topologiquement. Ils portent différents noms suivant qu’ils minimisent l’action (→ instanton) ou l’énergie et en fonction des topologies respectives de l’espace et du groupe de jauge (monopôle, vortex, skyrmion, toron, …).
Les solutons topologiques décrits par la théorie des cordes pourraient être pris pour des trous noirs ordinaires. S’ils existaient vraiment, ils pourraient résoudre un paradoxe observé depuis longtemps concernant les trous noirs . Un soliton topologique est une région ou l’espace-temps lui-même s’enroule et forme un trou dans lequel la lumière tombe et dont elle ne peut ressortir
Dans un espace-temps à 2 dimensions ces objets ressemblent à des beignets plats qui attirent la lumière dans leur trou central. Cependant la théorie des cordes postule que l’espace possède de nombreuses dimensions. Il en résulte que la vraie forme du soliton topologique peut ne pas être perçue dans notre espace à 3 dimensions. Si de la lumière tombait dans une de ces strucrutures, elle pourrait ne pas paraître être totalement noire en son centre. On y verrait des tourbillons de lumière s’y enfonçant.
En 2010 le Event Horizon Telescope (EHT) avait produit une image montrant un de ces trous noirs entouré de cercles de matière et de lumière. Les cosmologues dirigés par Ibahim Bas de la John Hopkins University USA responsables de cette image s’étaient demandé si d’autres objets dans l’univers pourraient avoir des propriétés semblables et ils trouvèrent les solitons topologiques. Mais comme ceux- ci émettaient de la lumière, ils en déduisirent qu’ils ne pouvaient pas être des trous noirs.
Référence
https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.107.084042
Imaging topological solitons: The microstructure behind the shadow
Pierre Heidmann, Ibrahima Bah, and Emanuele Berti
Phys. Rev. D 107, 084042 – Published 25 April 2023
ABSTRACT
We study photon geodesics in topological solitons that have the same asymptotic properties as Schwarzschild black holes. These are coherent states in string theory corresponding to pure deformations of spacetime through the dynamics of compact extra dimensions. We compare these solutions with Schwarzschild black holes by computing null geodesics, deriving Lyapunov exponents, and imaging their geometries as seen by a distant observer. We show that topological solitons are remarkably similar to black holes in apparent size and scattering properties, while being smooth and horizonless. Incoming photons experience very high redshift, inducing phenomenological horizonlike behaviors from the point of view of photon scattering. Thus, they provide a compelling case for real-world gravitational solitons and topological alternatives to black holes from string theory.
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