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En 1972, William Press et Saul Teukolsky avaient théorisé un concept surnommé 'bombe à trou noir'. Leur idée reposait sur l'amplification exponentielle d'ondes par un trou noir en rotation, enfermé dans un système de miroirs. Près de cinquante ans plus tard, une équipe internationale a validé expérimentalement cette théorie.
L'expérience s'appuie sur les travaux de Roger Penrose et Yakov Zel'dovich. Le premier avait imaginé en 1969 un moyen d'extraire de l'énergie d'un trou noir en rotation. Le second a découvert en 1971 qu'un objet en rotation pouvait amplifier des ondes électromagnétiques sous certaines conditions, un effet maintenant connu sous le nom d'effet Zel'dovich.
Pour reproduire cet effet, les chercheurs ont utilisé un cylindre en aluminium tournant à grande vitesse. Entouré de bobines métalliques, ce dispositif a permis d'observer l'amplification d'un champ magnétique faible, confirmant ainsi le phénomène de superradiance.
L'équipe a poussé l'expérience jusqu'à provoquer une instabilité, générant des ondes spontanément amplifiées. Cette étape cruciale a parfois conduit à la destruction de composants, et donc de l'expérience, témoignant de l'intensité des forces en jeu. Les résultats, bien que spectaculaires, restent à valider et publier dans une revue scientifique.
Cette avancée ne concerne pas uniquement les trous noirs. Elle illustre un principe universel applicable à divers systèmes en rotation. Les implications touchent aussi bien l'astrophysique que la thermodynamique ou la théorie quantique.
Les chercheurs espèrent que leur modèle aidera à mieux comprendre la rotation des trous noirs.
Qu'est-ce que la superradiance ?
La superradiance est un phénomène où un objet en rotation amplifie les ondes qui l'atteignent. Ce concept, initialement appliqué aux trous noirs, montre comment l'énergie peut être extraite de ces objets cosmiques.
Lorsqu'une onde rencontre un trou noir en rotation, une partie de son énergie est réfléchie avec une amplitude plus grande. Ce processus dépend de la vitesse de rotation du trou noir et des propriétés de l'onde incidente.
En laboratoire, la superradiance a été simulée à l'aide d'un cylindre métallique tournant rapidement. Les résultats confirment que l'amplification des ondes est possible sans la présence d'un trou noir, élargissant ainsi le champ d'application de ce phénomène.
Cette découverte pourrait avoir des implications dans divers domaines, notamment dans le développement de nouvelles technologies basées sur l'amplification des ondes électromagnétiques.
Comment fonctionne l'effet Zel'dovich ?
L'effet Zel'dovich décrit l'amplification des ondes électromagnétiques par un objet en rotation. Prédit en 1971, il repose sur l'idée que la rotation peut transférer de l'énergie aux ondes.
Pour que cet effet se produise, la surface de l'objet doit se déplacer plus vite que la vitesse de phase de l'onde incidente. Cette condition est cruciale pour passer de l'absorption à l'amplification.
Dans l'expérience récente, un cylindre en rotation a servi de modèle pour un trou noir. Les chercheurs ont observé que le champ magnétique réfléchi était plus intense que le champ incident, validant ainsi l'effet Zel'dovich.