Trous noirs

Nous étudions des solutions exactes des trous noirs à dimensions supérieure à quatre ainsi que la généralisation des théorèmes classiques des trous noirs à plus grand dimensions et leur application à la physique des dimensions supplémentaires. Nous travaillons en particulier à la recherche des trous noirs de symétrie axiale et statique (ou stationaire) qui généralisent des trous noirs en accélération (ou en rotation) à 4 dimensions. Ces solutions sont particulièrement intéressantes car ils peuvent avoir des topologies exotiques, peuvent décrire la gravitation d’un trou noir localisé sur une brane et en principe auront une explication holographique par la correspondance AdS/CFT.

Les trous noirs furent longtemps considerés comme des solutions pathologiques de la Relativé Générale, sans réel intérêt pour l’astrophysique, entre autres à cause des difficultés d’interprétation de la singularité de la métrique sur leur horizon. La situation a radicalement changé depuis les travaux de Chandrasekar qui ont demontre que les etoiles plus massives que le soleil devaient inevitablement s’effondrer sur elles-mêmes en fin de vie, formant ainsi un trou noir. Les galaxies devraient donc contenir un grand nombre de trous noirs de masse supérieure à celle du soleil. De plus il est maintenant acquis que toutes les grandes galaxies contiennent en leur coeur un trou noir hyper massif, de plusieurs millions de masses solaires, qui a joué un role clé dans la formation de la galaxie. En fait les trous noirs jouent aujourd’hui un role clé dans l’explication de nombreux phenomènes astrophysiques, bien qu’ils n’aient jamais été directement observés.

Indépendamment de cela, des travaux plus théoriques menés au debut des annees ’70 ont montré que les propriétés des trous noirs possédaient de très fortes analogies avec la thermodynamique, ce qui n’etait guère attendu car les trous noirs sont des solutions vides de matière, d’ou sans possibilité de définir une température. L’interprétation correcte de cette analogie n’a pu se faire qu’après la découverte par Hawking selon laquelle les trous noirs rayonnent continuement et thermiquement, même lorsqu’ils sont plongés dans le vide, lorsque l’on prend en compte les propriétés quantiques des champs de matière se propageant au voisinage du trou noir. Ce travail de Hawking a d’une part résolu plusieurs paradoxes mais il a engendré encore plus de questions quant aux fondements mêmes de la théorie quantique des champs. Malgré de tres nombreux travaux, ces questions restent pour la plupart encore sans réponse. Elles restent toutefois très etudiées et les physiciens espèrent qu’elles pourraient les guider vers la théorie de la gravité quantique, le chaînon manquant de la physique.

Quelques publications sélectionnées

• Ted Jacobson, Renaud Parentani, HORIZON ENTROPY. Found.Phys.33:323-348,2003. [GR-QC 0302099]

• Robin Zegers, Birkhoff’s theorem in Lovelock gravity. J.Math.Phys.46:072502,2005

• R. Brout, S. Massar, R. Parentani, P. Spindel, HAWKING RADIATION WITHOUT TRANSPLANCKIAN FREQUENCIES. Phys.Rev.D52:4559-4568,1995. [HEP-TH 9506121]

• Peter Bowcock, Christos Charmoussis, Ruth Gregory, GENERAL BRANE COSMOLOGIES AND THEIR GLOBAL SPACE-TIME STRUCTURE. Class.Quant.Grav.17:4745-4764,2000. [HEP-TH 0007177]

• Christos Charmoussis et Ruth Gregory, Axisymmetric metrics in arbitrary dimensions, Class. Quant. Grav. 21, 527 (2004) gr-qc/0306069