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Une particule peut-elle rester fixe dans un espace-temps en rotation ?2 minutes de lecture

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Généralement, quand un objet massif est en rotation, il entraîne avec lui – par attraction – l’espace-temps environnant.

Une réalité contre-intuitive

Des chercheurs allemands de l’Université d’Oldenburg en Allemagne ont récemment prouvé qu’une particule pouvait rester immobile alors même que l’espace-temps y était en rotation.

Les propos rapportés à Phys semblent contre-intuitifs. Bien que la relativité générale soit quasi-omniprésente depuis plus de 100 ans, elle n’arrête pas d’étonner.
Explorer les manières dont les répartitions d’énergie déforment l’espace et le temps est une des clés vers une meilleure compréhension du monde.

Deux conditions sont sine qua non du fait qu’une particule reste statique par rapport à un observateur situé dans un espace-temps en rotation :

  • Le moment angulaire de la particule (principalement sa rotation) doit être de la bonne valeur pour annuler la rotation engendrée par l’attraction,
  • La particule doit être dans une orbite statique, sans être ni attirée ni repoussée.

Une orbite statique est obtenue quand la métrique de l’espace-temps en rotation a un minimum local, minimum local correspondant à l’emplacement dudit orbite.
La particule qui s’y trouve y est alors « piégée ».

Plusieurs objets permettent l’apparition d’une orbite statique :

  • Une étoile à boson,
  • Un trou de ver.

Il est important de noter que certains objets n’ont pas d’orbite statique faute d’absence d’un minimum local comme les trous noirs de type Kerr.

Peut-on y voir une possible facilitation de la distinction des objets célestes ?

Représentation schématique d'orbites de particules massives

Fig. 1 ; Un peu plus de détails facultatifs, orbites de particules massives libérées du repos à différentes valeurs de la coordonnée radiale r (et φ = 0) et leurs évolutions dans un interval de temps t.
Plus le point de départ r est proche de l’anneau statique rst, plus l’amplitude φ est faible.
Le maximum du champ scalaire est indiqué par le cercle noir.

Malgré l’immensité relative de l’univers, la probabilité de détecter une particule avec et un moment angulaire de la bonne valeur et la bonne position est quasiment nulle.
Cependant, les particules avec le bon moment situées proche du minimum local se déplacent plus lentement que les autres particules environnantes.
C’est ce que nous appellerons ici, un anneau.
La détection de ce type d’anneau pourrait donc indiquer la présence d’une orbite statique et donc de différencier un trou noir de kerr d’un autre trou noir ou encore d’une étoile à boson.

L’étude publiée dans Physical Review Letters permettra donc d’améliorer l’interprétation des futures observations.
Il sera par la même possible d’affirmer avec plus ou moins de certitude qu’un noyau galactique actif (AGN) n’est pas un trou noir de Kerr.

Collodel, et al., Static Orbits in Rotating Spacetimes. Physical review letters. 2018.

A propos de l'auteur

Clément POIRET

Créateur et rédacteur du site Science Exploits, je suis aussi passionné de science et de sport. Je pratique très régulièrement de la gymnastique et du street workout/calisthenics. Je suis ici pour combiner ma passion pour les sciences et mon envie de partager ce que je trouve de plus intéressant parmi les nombreuses études scientifiques.

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