La théorie des cordes décrit d’étranges objets cosmiques, les solutons topologiques, qui ressemblent à de petits trous noirs tels que décrits par la cosmologie. S’ils existaient véritablement, ils pourraient aider à résoudre le paradoxe le plus important soulevé par le concept de trou noir.
Un soluton topologique peut être considéré comme une région de l’espace qui s’enroule sur elle même avant de disparaître. Dans un espace à deux dimensions, elle ressemblerait à un beignet plat percé d’un trou central. Mais elle absorberait la lumière par ce trou central.
Cependant, pour la théorie des cordes, les objets ont un nombre indéfini de dimensions. La « vraie » forme d’un soluton topologique ne peut être décrite dans notre espace à 3 dimensions. Ainsi si la lumière disparaissait dans son trou central, elle ne pourrait le faire complètement. L’observation verrait une lumière de plus affaibli tournant vers son centre. Mais cela ne serait jamais le noir absolu.
Les trois noirs sont difficiles à photographier, tout au moins en ce qui concerne leurs parties centrales, car celles-ci absorbent toute lumière, c’est-à-dire tous les photons. De ce fait elles paraissent noires. Mais elles ne pourraient pas être vides, au sens de « absolument vide », car le concept de vide absolu, peut être comparable à l’espace vide tel qu’il était avant le Big Bang, n’est pas concevable La question était encore restée sans réponse de la part des cosmologistes.
Pour revoir le problème sous un autre angle, on notera que des astronomes de l »Université de Maryland s’intéressent aujourd’hui aux solutons topologiques. Ils ont modélisé la lumière autour d’un soluton topologique et constaté que celle-ci ne se comportait pas comme elle l’aurait fait autour d’un trou noir. Elle rebondissait autour des parois du soluton. Certains photons réussissaient même à s’en échapper, ce qui est impossible dans le cas des trous noirs, en dehors du phénomène différent de l’évaporation du trou noir.
Référence
Imaging topological solitons: The microstructure behind the shadow
https://arxiv.org/abs/2212.06837
Dec 13, 2022
- Phys.Rev.D 107 (2023) 8, 084042
- Published: Apr 15, 2023
Pierre Heidmann, Ibrahima Bah, Emanuele Berti
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 horizon-like 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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