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Les trous noirs dotés de « cheveux » vont rapidement devenir chauves. Une prédiction théorique-clé sur les trous noirs, appelée théorème de l’absence de cheveux, stipule qu’un trou noir isolé peut être décrit par trois nombres seulement – sa masse, son spin et sa charge – et que toute autre propriété, ou « cheveux », est sans importance. Une série de simulations détaillées a montré comment les trous noirs peuvent se débarrasser d’un champ magnétique pour respecter le théorème de l’absence de cheveux.

Le théorème de l’absence de cheveux

Lorsqu’un trou noir se forme à partir d’une étoile magnétisée, il naît avec un champ magnétique. La durée de ce champ magnétique reste une question ouverte, et certains travaux antérieurs ont suggéré que le plasma entourant les trous noirs pouvait conserver ce champ magnétique plus longtemps que prévu, ce qui constituerait une violation du théorème de l’absence de cheveux. Ashley Bransgrove, de l’université Columbia de New York, et ses collègues ont utilisé un ensemble de simulations informatiques pour résoudre ce problème.

« Dans le domaine magnétique, il s’agit du test le plus réaliste de ce théorème de l’absence de cheveux à ce jour », déclare Kyle Parfrey du Trinity College de Dublin, en Irlande. Les chercheurs ont simulé un trou noir en rotation entouré de plasma magnétisé, et ont constaté que les lignes du champ magnétique convergeaient à l’équateur du trou noir et se transformaient en boucles fermées dans un processus appelé reconnexion magnétique.

Ces boucles magnétiques remplies de plasma ont dissipé le champ magnétique qui imprégnait auparavant le trou noir, libérant de l’espace à l’équateur pour que d’autres lignes de champ convergent. « Les lignes de champ continuent à affluer et à former ces boucles, et cela continue jusqu’à ce qu’il n’y en ait plus », explique Bransgrove. « Certaines de ces boucles s’envolent dans l’espace, et d’autres tombent dans le trou noir ».

Des résultats qui confirment ce théorème 

Ce processus s’est déroulé relativement rapidement, permettant au trou noir de suivre le théorème de l’absence de cheveux. « Bien sûr, le théorème original du sans cheveux concerne un trou noir dans le vide, mais nous essayons de le faire évoluer vers quelque chose de plus réaliste », explique Bransgrove. Pour l’instant, il semble que ce théorème fonctionne même pour les trous noirs entourés de plasma, comme c’est souvent le cas dans le monde réel.

Ce résultat n’est pas particulièrement surprenant, estime Vitor Cardoso, de l’université de Lisbonne, au Portugal. « Nous avions des prédictions pour pratiquement tout ce qui a été rapporté aujourd’hui, mais ces prédictions étaient des estimations à rebours, et nous savons tous que le diable se cache dans les détails », explique-t-il. « Maintenant, ce travail a permis de régler ces détails, [et] il n’y avait pas de diable, ce qui est rassurant ! ».

Cependant, cela nous aide à comprendre le comportement magnétique des trous noirs, dit-il. La compréhension de ce processus de déversement des champs magnétiques pourrait aider les chercheurs à trouver et à identifier les trous noirs nouvellement formés.

« Nous ne pouvons pas encore dire avec certitude si nous le voyons dans les observations, mais il y a des indices », dit Bransgrove. Certains trous noirs géants émettent de puissantes éruptions de rayons X qui peuvent être alimentées par la reconnexion magnétique, mais les astronomes n’ont pas encore repéré les boucles magnétiques pleines de plasma que ces simulations suggèrent.

Les rayons X pour confirmer réellement ce théorème 

L’observation des rayons X provenant du plasma chaud entourant les plus grands trous noirs pourrait nous permettre de confirmer que ce processus se produit vraiment, ce qui rapprocherait le théorème de l’absence de cheveux de la description du monde réel.

Cette recherche a été publiée dans Physical Review Letters.

Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay