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Dans une récente étude publiée le 20 mars dans le journal Nature, une équipe de physiciens décrit une étape importante en matière de simulation des conditions extrêmes rencontrées autour des trous noirs. En utilisant de l'hélium superfluide refroidi à une température proche du zéro absolu, ils ont réussi à créer un tourbillon sans friction, simulant ainsi la manière dont les trous noirs font tourbillonner l'espace-temps à leur périphérie.
Ce tourbillon, composé de milliers de petits vortex combinés en un seul grand tourbillon, a permis aux chercheurs d'observer des comportements similaires à ceux des trous noirs. Notamment, ils ont détecté un phénomène similaire au "ringdown" des trous noirs, phénomène par lequel un trou noir nouvellement fusionné oscille sur son axe.
L'expérience, menée par Patrik Svancara et son équipe de l'Université de Nottingham au Royaume-Uni, utilise l'hélium superfluide pour étudier en détail et avec une précision inégalée les interactions au sein du tourbillon. L'hélium superfluide, dont la viscosité est extrêmement faible, offre une opportunité unique d'investiguer ces phénomènes sans les contraintes présentes dans des expériences antérieures réalisées avec de l'eau.
Les travaux de Svancara et de ses collègues s'inscrivent dans une quête de longue date pour unifier la théorie de la relativité générale d'Einstein avec la mécanique quantique. Les trous noirs, avec leur capacité à déformer l'espace-temps, constituent un terrain d'étude pour les physiciens cherchant à comprendre les lois de la physique dans des conditions extrêmes.
Etude des ondes sur l'interface d'un superfluide d'hélium, capturant des fluctuations de hauteur à l'échelle micrométrique.
Les différentes parties de l'image montrent:
a) un aperçu général de la surface avec des zones spécifiées pour une évacuation centrale et une limite extérieure ;
b-e) des illustrations de modes azimutaux, identifiés par le nombre de crêtes ou de creux le long d'un cercle, analysés via une transformée de Fourier ;
f, g) des spectres d'ondes montrant les fréquences d'ondulation à différents rayons, avec une absence notable d'excitations à basse fréquence, et des comparaisons entre les prédictions théoriques et les observations expérimentales marquées par les lignes jaunes et rouges.
Cette recherche pourrait éventuellement permettre de prédire le comportement des champs quantiques dans les espaces courbés autour des trous noirs astrophysiques, selon Silke Weinfurtner, co-auteur de l'étude et professeur de physique à l'Université de Nottingham.