Les trous noirs primordiaux sont l'une des hypothèses préférées de l'astronomie depuis des décennies - l'équivalent céleste d'un « à plus tard » qui n'est jamais vraiment arrivé. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de Miami pensent qu'une récente détection d'ondes gravitationnelles pourrait enfin sortir ces objets anciens du domaine de la théorie et les faire entrer dans la catégorie « oh, c'est donc là que la matière noire se cachait ».
Les trous noirs primordiaux, pour ceux qui ne sont pas à jour dans leur folklore du début de l'univers, se seraient formés durant la première fraction de seconde après le Big Bang, bien avant que les premières étoiles ou galaxies ne se mettent en ordre de marche. Contrairement aux trous noirs créés par l'effondrement d'étoiles, ces objets hypothétiques pourraient aller de la taille d'un astéroïde à des corps beaucoup plus gros - en gros, le bric-à-brac du grenier de l'univers.
Bien qu'aucun trou noir primordial n'ait jamais été confirmé, les scientifiques pensent qu'ils pourraient répondre à plusieurs questions majeures sur l'univers. L'une des plus importantes est la nature de la matière noire, cette substance invisible qui constitue environ 85 % de toute la matière et fournit la force gravitationnelle qui aide à maintenir les galaxies ensemble. Donc, vous savez, plutôt important.
« Nous croyons que notre étude aidera à confirmer qu'ils existent vraiment », a déclaré Nico Cappelluti, professeur associé au département de physique de l'Université de Miami, en référence aux recherches qu'il a menées avec l'étudiant au doctorat Alberto Magaraggia.
Leurs travaux s'appuient sur une possible découverte rapportée par l'Observatoire d'ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO), qui a détecté fin 2023 un signal d'onde gravitationnelle inhabituel. Les ondes gravitationnelles sont des ondulations de l'espace-temps produites par certains des événements les plus violents de l'univers, y compris les collisions entre trous noirs - en gros, l'équivalent cosmique de jeter une pierre dans un étang, si la pierre était un trou noir et l'étang le tissu de la réalité.
La plupart des trous noirs connus se forment après l'explosion d'étoiles massives en supernova. Leurs masses vont typiquement de plusieurs fois la masse du Soleil à des milliards de masses solaires. Mais en novembre, LIGO a émis une alerte automatique pour une fusion dans laquelle au moins un objet semblait avoir moins d'une masse solaire. Un si petit trou noir serait difficile à expliquer par l'évolution stellaire conventionnelle et pourrait plutôt indiquer un trou noir primordial - l'équivalent astronomique de trouver un os de dinosaure dans votre jardin.
Tout le monde n'est pas convaincu. Certains astrophysiciens ont suggéré que le signal pourrait simplement être du bruit dans les détecteurs extrêmement sensibles de LIGO plutôt que la preuve d'une découverte remarquable. Parce que parfois un bip n'est qu'un bip.
Cappelluti et Magaraggia soutiennent que l'objet détecté s'explique le mieux comme un trou noir primordial formé dans les conditions denses de l'univers primitif, bien avant l'existence des étoiles. Pour tester cette idée, les chercheurs ont estimé combien de trous noirs primordiaux pourraient exister dans le cosmos et à quelle fréquence LIGO devrait les détecter. « Nos résultats sont encourageants », a déclaré Magaraggia. « Nous prédisons que les trous noirs sous-solaires comme celui que LIGO a peut-être observé devraient en effet être rares, ce qui est cohérent avec la rareté de tels événements observés jusqu'à présent. »
Leurs résultats, publiés dans The Astrophysical Journal, suggèrent que le mystérieux signal de LIGO n'a pas d'explication astrophysique conventionnelle et est le plus cohérent avec un trou noir primordial. L'étude « suggère que l'explication la plus plausible pour le signal de LIGO, qui manque de toute explication astrophysique conventionnelle, est la détection d'un trou noir primordial », a déclaré Cappelluti. « Et notre recherche indique que ces trous noirs primordiaux pourraient représenter une partie significative, sinon la totalité, de la matière noire. »
Même ainsi, les deux chercheurs soulignent qu'une seule détection ne suffit pas pour trancher la question. Pour l'instant, les scientifiques doivent attendre de voir si LIGO et ses partenaires internationaux enregistrent d'autres événements correspondant au même schéma. « LIGO a capté ce qui est une preuve très forte »