Une équipe de chercheurs de l’Université de technologie de Vienne a suggéré que des particules non encore découvertes pourraient être détectées lorsqu’elles s’accumulent autour des trous noirs.
Une œuvre d’art montre un trou noir entouré d’axions (TU Wien)
La découverte de nouvelles particules nécessite généralement des énergies élevées – c’est pourquoi d’énormes accélérateurs ont été construits, qui peuvent accélérer les particules à une vitesse proche de celle de la lumière. Mais il existe d’autres moyens créatifs de trouver de nouvelles particules.
Dans un article, publié dans le journal Physical Review D (également disponible sur arxiv.org), l’équipe présente une méthode permettant de prouver l’existence d’hypothétiques “axions”. Ces axions pourraient s’accumuler autour d’un trou noir et en extraire de l’énergie. Ce processus pourrait émettre des ondes gravitationnelles, qui pourraient alors être mesurées.
Les axions sont des particules hypothétiques ayant une masse très faible. Selon Albert Einstein, la masse est directement liée à l’énergie et, par conséquent, très peu d’énergie est nécessaire pour produire des axions.
“L’existence des axions n’est pas prouvée, mais elle est considérée comme assez probable”, a déclaré le Dr Daniel Grumiller, l’un des principaux auteurs de l’article. Avec le Dr Gabriela Mocanu, il a calculé comment les axions pourraient être détectés.
En physique quantique, chaque particule est décrite comme une onde. La longueur d’onde correspond à l’énergie de la particule. Les particules lourdes ont de petites longueurs d’onde, mais les axions à faible énergie peuvent avoir des longueurs d’onde de plusieurs kilomètres.
Les nouvelles découvertes montrent que les axions peuvent tourner autour d’un trou noir, comme les électrons autour du noyau d’un atome. Au lieu de la force électromagnétique, qui lie les électrons et le noyau, c’est la force gravitationnelle qui agit entre les axions et le trou noir.
Cependant, il existe une différence très importante entre les électrons d’un atome et les axions autour d’un trou noir. Les électrons sont des fermions, ce qui signifie que deux d’entre eux ne peuvent jamais être dans le même état. Les axions, en revanche, sont des bosons. Plusieurs d’entre eux peuvent occuper le même état quantique en même temps. Ils peuvent créer un “nuage de bosons” autour du trou noir. Ce nuage aspire continuellement l’énergie du trou noir et le nombre d’axions dans le nuage augmente.
Un tel nuage n’est pas nécessairement stable. “Tout comme un tas de sable meuble, qui peut soudainement glisser, déclenché par un seul grain de sable supplémentaire, ce nuage de bosons peut soudainement s’effondrer”, a expliqué le Dr Grumiller.
L’aspect passionnant d’un tel effondrement est que cette “bose-nova” pourrait être mesurée. Cet événement ferait vibrer l’espace et le temps et émettrait des ondes gravitationnelles.
La nouvelle étude montre que ces ondes gravitationnelles peuvent non seulement nous fournir de nouvelles informations sur l’astronomie, mais aussi nous en apprendre davantage sur de nouveaux types de particules.
