Black holes in string theory: towards an understanding of quantum gravity
Trous noirs en théorie des cordes : vers une compréhension de la gravité quantique
Résumé
In this thesis I present the work I did during my PhD at the Institute of Theoretical Physical (IPhT), CEA Saclay, under the supervision of Iosif Bena. The framework I have been working in is string theory, and more precisely supergravities in ten and eleven dimensions, as low energy limits of string theory. The first part of the thesis deals with the study of supersymmetric three-charge black holes and black hole microstates: Using supersymmetric D-branes called supertubes, we have performed a probe analysis of supergravity solutions, and showed how this approach exactly captures, in all known cases, the physical properties of the complete supergravity solution. We also found that when the supertube is in a magnetically charged background, it sees its entropy enhanced with respect to its flat space one. The supergravity solutions sourced by supertubes are regular and horizonless, and hence can be seen, in the “fuzzball proposal”, as black hole microstates. This enhanced entropy could therefore contribute for a large part in a microscopic counting of the black hole entropy. In the second part of the thesis, I present a new class of five-dimensional non-supersymmetric solutions, called “floating brane” solutions. The equations giving these new solutions generalize the BPS equations and have the key property to still be partially first order and linear. The BPS equations, and thus all the known supersymmetric solutions, are recovered as a subcase of the floating brane equations. Some of the new solutions have a horizon and are thus black holes – with different horizon topologies – but some are completely regular and horizonless and should correspond to microstates of non extremal black holes.
Dans cette thèse je présente les travaux effectués lors de mon doctorat à l'Institut de Physique Théorique (IPhT) du CEA de Saclay, sous la direction de Iosif Bena. Ceux-ci ont pour cadre la théorie des cordes, et plus précisément la supergravité à dix et onze dimensions, comme limite de basse énergie de la théorie des cordes. La première partie concerne l'étude des trous noirs et microétats de trous noirs supersymétriques à trois charges. En utilisant une D-brane supersymétrique appelée supertube, nous avons effectué une approche test et montré que cette approche capture dans tous les cas connus les propriétés physiques de la solution complête de supergravité. Nous avons aussi prouvé que le supertube, quand il est placé dans un fond ayant des charges magnétiques, voit son entropie augmentée par rapport à celle qu'il a en espace plat. Les solutions de supergravité sourcées par des supertubes étant régulières et sans horizon, elles peuvent être vues, dans le contexte du “fuzzball proposal”, comme des microétats de trous noirs. Cette entropie augmentée pourrait donc contribuer pour une large part dans le cadre d'un comptage microscopique de l'entropie de trou noir, . Dans la deuxième partie de la thèse, je présente une nouvelle classe de solutions non supersymétriques de supergravité `a onze dimensions, appelées solutions “à branes flottantes”. Les équations donnant ces nouvelles solutions généralisent les équations BPS, et ont, comme ces dernières, l'énorme avantage d'être partiellement du premier ordre et linéaires. Les équations BPS, et donc toutes les solutions supersymétriques, se retrouvent comme une sous-famille des équations à branes flottantes. Certaines de ces nouvelles solutions ont un horizon et sont donc des trous noirs – avec des topologies d'horizon variées – mais certaines sont complètement régulières et sans horizons et correspondraient à des microétats de trous noirs non extrémaux.
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