Un soliton est une onde solitaire qui se propage sans se déformer dans un milieu non linéaire et dispersif. On en trouve dans de nombreux phénomènes physiques de même qu’ils sont la solution de nombreuses équations aux dérivées partielles non linéaires.
La topologie est la branche de la géométrie qui étudie les propriétés d’objets géométriques préservées par déformation continue sans arrachage ni recollement, comme un élastique que l’on peut tendre sans le rompre.
Les solitons topologiques sont des objets cosmiques décrits par la (discutée) théorie des cordes. Si ces objets existaient, ils permettraient de résoudre un paradoxe persistant concernant les trous noirs.
Ainsi un soliton topologique est une région de l’espace-temps qui se courbe sur elle-même et dans laquelle la lumière finit par tomber. Mais ce faisant, le soliton topologique ne devient pas entièrement obscur en son centre. En y regardant de près, on verrait la lumière y tourbillonner. Cependant la théorie des cordes postulant que les objets ont de nombreuses dimensions, la forme exacte du soliton topologique dans toutes ses dimensions ne devrait pas pouvoir être observée dans notre espace en 3-D
Peut-on sur ces bases mieux comprendre ce que sont les trous noirs. Les trous noirs réels sont difficiles à photographier en 2 dimensions car ils absorbent toute la lumière qui y entre. néanmoins en 2019 le Event Horizon Telecope EHT en a fourni une image remarquable.
Des chercheurs de la Johns Hopkins University (Maryland) se sont demandés si d’autres objets de l’espace-temps pourraient présenter des caractères comparables. Ils ont retenu le soliton topologique. A la suite de quoi ils ont simulé et visualisé la lumière que produirait l’un de ceux-ci. Ils ont fait apparaître une image semblable à celle que produirait un trou noir s’il était observé par l’EHT.
Ils ont pu montrer cependant que la lumière entrant dans un soliton topologique rebondissait sur ses bords, si bien que le centre conservait une certaine luminosité – ce qui n’est pas le cas dans les trous noirs. Ce travail a été publié dans un article dont on trouvera ci-dessous les références et l’abstract.
Si les signaux venant de l’espace et jusqu’ici interprétés comme provenant de trous noirs provenaient effectivement de solitons topologiques, cela permettrait de résoudre le paradoxe dit des trous noirs. Ceux-ci semblent violer les lois de la physique quantique en détruisant la lumière et les informations concernant les objets qui tombent dans leur sein.
Pour l’avenir, il serait possible d’en déduire quel type de théorie de la future gravitation quantique serait le plus pertinent.
Source
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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