Singularité de l'anneau

Une singularité annulaire ou ringularité est la singularité gravitationnelle d'un trou noir en rotation , ou d'un trou noir de Kerr , qui a la forme d'un anneau.

Lorsqu'un corps sphérique non rotatif d'un rayon critique s'effondre sous sa propre gravitation sous l'effet de la relativité générale , la théorie suggère qu'il s'effondrera en un point unique de dimension zéro. Ce n'est pas le cas d'un trou noir en rotation (un trou noir de Kerr ). Avec un corps fluide en rotation, sa distribution de masse n'est pas sphérique (il présente un renflement équatorial ) et il a un moment angulaire de . Puisqu'un point ne peut pas supporter la rotation ou le moment angulaire en physique classique (la relativité générale étant une théorie classique), la forme minimale de la singularité qui peut supporter ces propriétés est plutôt un anneau 2D d'épaisseur nulle mais de rayon non nul, et c'est ce qu'on appelle une ringularité ou singularité de Kerr.

Les effets de glissement de cadre de rotation d'un trou noir en rotation , décrits par la métrique de Kerr , provoquent une courbure de l'espace-temps à proximité de l'anneau dans la direction du mouvement de l'anneau. Concrètement, cela signifie que différents observateurs placés autour d'un trou noir de Kerr à qui on demande de pointer le centre de gravité apparent du trou peuvent pointer vers différents points de l'anneau. Les objets qui tombent commenceront à acquérir un moment angulaire à partir de l'anneau avant de le frapper, et le chemin emprunté par un rayon lumineux perpendiculaire (se déplaçant initialement vers le centre de l'anneau) se courbera dans la direction du mouvement de l'anneau avant de l'intersecter.

Un observateur traversant l' horizon des événements d'un trou noir non rotatif et non chargé (un trou noir de Schwarzschild ) ne peut éviter la singularité centrale, qui se trouve dans la ligne du monde futur de tout ce qui se trouve à l'horizon. Ainsi, on ne peut éviter la spaghettification par les forces de marée de la singularité centrale.

Ce n'est pas nécessairement le cas dans le cas d'un trou noir de type Kerr. Un observateur tombant dans un trou noir de type Kerr pourrait être en mesure d'éviter la singularité centrale en utilisant intelligemment l'horizon des événements interne associé à cette classe de trou noir. Cela rend théoriquement (mais pas pratiquement probable) possible que le trou noir de Kerr agisse comme une sorte de trou de ver , peut-être même un trou de ver traversable.

La singularité de Kerr peut également être utilisée comme outil mathématique pour étudier le « problème des lignes de champ » du trou de ver. Si une particule passe à travers un trou de ver, les équations de continuité du champ électrique suggèrent que les lignes de champ ne devraient pas être rompues. Lorsqu'une charge électrique traverse un trou de ver, les lignes de champ de charge de la particule semblent émaner de la bouche d'entrée et la bouche de sortie subit un déficit de densité de charge en raison du principe de Bernoulli . (Pour la masse, la bouche d'entrée gagne en densité de masse et la bouche de sortie subit un déficit de densité de masse.) Comme une singularité de Kerr a la même caractéristique, elle permet également d'étudier ce problème.

On s'attend généralement à ce que, puisque l'effondrement habituel vers une singularité ponctuelle sous la relativité générale implique des conditions arbitrairement denses, les effets quantiques puissent devenir importants et empêcher la formation de la singularité (« flou quantique »). Sans effets gravitationnels quantiques, il y a de bonnes raisons de penser que la géométrie intérieure d'un trou noir en rotation n'est pas la géométrie de Kerr. L'horizon des événements intérieur de la géométrie de Kerr n'est probablement pas stable, en raison du décalage infini vers le bleu du rayonnement entrant. Cette observation a été confirmée par l'étude des trous noirs chargés qui présentaient un comportement de « décalage infini vers le bleu » similaire. Bien que de nombreux travaux aient été réalisés, l'effondrement gravitationnel réaliste d'objets en trous noirs en rotation et la géométrie qui en résulte continuent d'être un sujet de recherche actif.