Astronomie

Le rayonnement de Hawking existe-t-il vraiment et pourquoi « l'énergie négative » dans les particules virtuelles ?

Le rayonnement de Hawking existe-t-il vraiment et pourquoi « l'énergie négative » dans les particules virtuelles ?

Je fais des recherches sur les trous noirs pour un concours de vidéos scientifiques - plus précisément, sur Hawking Radiation. Pour autant que je sache, il y a ces fluctuations quantiques constantes de paires de particules "virtuelles" (essentiellement particule-antiparticule) qui apparaissent, puis s'annihilent presque instantanément mutuellement. Près de l'horizon des événements d'un BH, si une particule virtuelle est piégée à l'intérieur, elle acquiert une énergie négative, tandis que l'autre particule s'échappe et est émise sous forme de rayonnement. Ma question est : pourquoi la particule virtuelle aspirée reçoit-elle de l'énergie négative ? Est-ce dû à des éléments vectoriels en rotation ou est-ce inhérent à la particule? Et, selon ma logique, si la NASA a détecté cette image d'un BH, il est clair qu'il émane des radiations, donc Hawking Radiation doit exister, non ?

Toute aide pour clarifier ou corriger ma compréhension serait appréciée. Merci.


À moins que tout ce que nous savons sur la relativité générale et la théorie quantique des champs ne soit faux, le rayonnement de Hawking existe presque certainement.

Il est également totalement indétectable. La puissance thermique d'un trou noir de 3 masses solaires par rayonnement de Hawking s'élève à $sim 10^{-29}$ W. Ceci, bien sûr, est non seulement complètement indétectable, mais la température de Hawking correspondante, $sim 2x 10^{-8}$ K, est bien, bien au-dessous de la température du CMB; Ainsi, tout trou noir astrophysique aujourd'hui absorberait de nombreux ordres de grandeur plus de rayonnement du CMB qu'il n'en émet par le biais du rayonnement de Hawking.

L'explication avec les paires virtuelles particule-antiparticule et les particules d'énergie négative absorbées par le trou noir provient, je crois, du livre de vulgarisation scientifique de Hawking A Brief History of Time, mais elle est vraiment en contradiction avec le propre article révolutionnaire de Hawking sur le sujet (Nature 248 , 1974). C'est assez bien expliqué dans un article informatif d'Ethan Siegel, publié l'année dernière en ligne : https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/07/09/yes-stephen-hawking-lied-to-us- all-about-how-black-holes-decay/?sh=52d60ad44e63 .

En plus de l'explication d'Ethan (qui vaut la peine d'être lue), je dois mentionner deux choses. Premièrement, il y a le concept étroitement lié au rayonnement d'Unruh : le rayonnement thermique vu par un observateur en accélération depuis la direction de son horizon de Rindler apparent, dans l'espace-temps qui est vu comme vide par un observateur inertiel. Cela seul souligne le point important que dans la théorie quantique des champs, le concept de particule devient dépendant de l'observateur une fois que nous autorisons l'accélération des observateurs et/ou des champs gravitationnels. Deuxièmement, la longueur d'onde du rayonnement de Hawking devrait à elle seule nous dire qu'il ne provient pas de l'horizon des événements. Pour le trou noir à trois masses solaires susmentionné, la longueur d'onde maximale est de près de 180 km. En comparant cela au rayon de moins de 10 km de Schwarzschild du trou noir, je pense qu'il est tout à fait évident qu'il ne s'agit pas de paires particule-antiparticule à l'horizon lui-même.

Enfin, concernant les images du trou noir supermassif M87*, tout d'abord, ce ne sont pas des images de la NASA mais des images produites par une collaboration internationale appelée le projet Event Horizon Telescope. Deuxièmement, bien qu'elles soient souvent décrites comme des images du trou noir, ce n'est pas tout à fait correct. Ce que vous voyez en fait, ce sont des émissions de radiofréquences de matière tombante entourant le trou noir sous la forme d'un disque d'accrétion. L'ombre noire centrale correspond à la sphère photonique du trou noir (rayon auquel des orbites photoniques fermées instables deviennent possibles). Et il est important de se rappeler qu'il ne s'agit pas exactement d'une photographie, mais plutôt d'une image de synthèse qui est adaptée à un grand nombre d'observations radiofréquence à l'aide d'une méthode d'optimisation.