Des indices de "gravité quantique" pourraient se cacher dans les chants des trous noirs

Des quatre forces fondamentales de la physique, la gravité est celle que nous connaissons le mieux dans la vie de tous les jours, mais c'est aussi la seule qui ne peut actuellement pas être expliquée par la physique quantique. Les scientifiques ont maintenant élaboré un plan pour rechercher des signes de gravité quantique dans le cosmos en écoutant le "sonnerie" des trous noirs en collision.

Trois des quatre forces fondamentales - l'électromagnétisme et les forces nucléaires faibles et fortes - peuvent être décrites comme des champs et sont portées par des particules spécifiques. L'électromagnétisme, par exemple, est transporté par des photons et crée des champs électriques et magnétiques.

La gravité, cependant, ne peut pas être expliquée de cette façon. Pour l'instant, le meilleur modèle que nous ayons est la théorie de la relativité générale d'Einstein, mais dans certaines situations - comme près des trous noirs - cette théorie tombe en panne, indiquant qu'elle est incomplète. Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché une théorie de la gravité quantique, qui expliquerait la force en termes de mécanique quantique portée par une particule hypothétique appelée graviton, mais jusqu'à présent, les preuves nous ont échappé.

Maintenant, une paire de nouvelles études a décrit comment les astrophysiciens pourraient rechercher des indices dans les années à venir. Les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu même de l'espace-temps, produites par des événements cataclysmiques comme des collisions entre des trous noirs et/ou des étoiles à neutrons, qui sont détectables par des observatoires comme LIGO. L'équipe a montré que les "tonalités" de ces collisions pouvaient faire allusion à une physique qui ne correspond pas tout à fait aux modèles actuels.

"Lorsque deux trous noirs fusionnent pour produire un trou noir plus grand, le trou noir final sonne comme une cloche", a déclaré Yanbei Chen, co-auteur des deux études. "La qualité de la sonnerie, ou son timbre, peut être différente des prédictions de la relativité générale si certaines théories de la gravité quantique sont correctes. Nos méthodes sont conçues pour rechercher des différences dans la qualité de cette phase de sonnerie, comme les harmoniques et les harmoniques, par exemple."

La première étude présente une nouvelle équation qui décrit comment les trous noirs sonneraient selon différentes théories de la gravité quantique. Il est basé sur une équation développée pour la première fois par le physicien théoricien Saul Teukolsky dans les années 1970. Dans la deuxième étude, l'équipe décrit comment la nouvelle équation peut être appliquée aux données acquises par LIGO, en filtrant le bruit de fond.

Avec LIGO qui vient tout juste de redémarrer après une pause de trois ans pour les mises à niveau, nous devrions bientôt être en mesure de mettre à l'épreuve l'idée de la gravité quantique.

La recherche a été publiée dans les revues Physical Review X et Physical Review Letters.

Source : Caltech