Les trous noirs et la matière noire sont-ils identiques ? —

C’est l’implication d’une étude menée par des astrophysiciens de l’Université de Miami, de l’Université de Yale et de l’Agence spatiale européenne qui suggère que les trous noirs existent depuis le début de l’univers et que ces trous noirs primordiaux pourraient être encore inexpliqués. matière. Si elle s’avère vraie avec les données recueillies lors du lancement ce mois-ci du télescope spatial James Webb, la découverte pourrait transformer la compréhension scientifique des origines et de la nature de deux mystères cosmiques : la matière noire et les trous noirs.

“Notre étude prédit à quoi ressemblerait l’univers primitif si, au lieu de particules inconnues, de la matière noire était formée par des trous noirs formés pendant le Big Bang – comme Stephen Hawking l’a suggéré dans les années 1970”, a déclaré Nico Cappelluti, professeur adjoint de physique à l’Université de Miami et premier auteur de l’étude dont la publication est prévue dans Le Journal d’Astrophysique.

“Cela aurait plusieurs implications importantes”, a poursuivi Cappelluti, qui a élargi cette année les recherches qu’il a commencées à Yale en tant que boursier postdoctoral du Yale Center for Astronomy and Astrophysics Prize. « Premièrement, nous n’aurions pas besoin d’une « nouvelle physique » pour expliquer la matière noire. De plus, cela nous aiderait à répondre à l’une des questions les plus convaincantes de l’astrophysique moderne : comment les trous noirs supermassifs dans l’univers primitif ont-ils pu devenir si gros si vite ? Compte tenu des mécanismes que nous observons aujourd’hui dans l’univers moderne, ils n’auraient pas eu assez de temps pour se former. Cela résoudrait également le mystère de longue date de pourquoi la masse d’une galaxie est toujours proportionnelle à la masse du trou noir super massif dans son centre.”

La matière noire, qui n’a jamais été directement observée, est considérée comme la majeure partie de la matière de l’univers et agit comme l’échafaudage sur lequel les galaxies se forment et se développent. D’autre part, des trous noirs, qui peuvent être trouvés au centre de la plupart des galaxies, ont été observés. Un point dans l’espace où la matière est si étroitement compactée qu’ils créent une gravité intense.

Co-écrite par Priyamvada Natarajan, professeur d’astronomie et de physique à Yale, et Günther Hasinger, directeur scientifique de l’Agence spatiale européenne (ESA), la nouvelle étude suggère que les trous noirs primordiaux de toutes tailles représentent toute la matière noire. dans l’univers.

“Les trous noirs de différentes tailles sont toujours un mystère”, a expliqué Hasinger. “Nous ne comprenons pas comment les trous noirs supermassifs ont pu devenir si énormes dans le temps relativement court disponible depuis que l’univers existe.”

Leur modèle peaufine la théorie proposée pour la première fois par Hawking et son collègue physicien Bernard Carr, qui a fait valoir que dans la première fraction de seconde après le Big Bang, de minuscules fluctuations de la densité de l’univers peuvent avoir créé un paysage ondulant avec des régions « bosselées » qui avait une masse supplémentaire. Ces zones grumeleuses s’effondreraient en trous noirs.

Cette théorie n’a pas gagné en traction scientifique, mais Cappelluti, Natarajan et Hasinger suggèrent qu’elle pourrait être valide avec quelques légères modifications. Leur modèle montre que les premières étoiles et galaxies se seraient formées autour des trous noirs dans l’univers primitif. Ils proposent également que les trous noirs primordiaux auraient eu la capacité de se transformer en trous noirs supermassifs en se régalant de gaz et d’étoiles à proximité, ou en fusionnant avec d’autres trous noirs.

“Les trous noirs primordiaux, s’ils existent, pourraient bien être les graines à partir desquelles tous les trous noirs supermassifs se forment, y compris celui au centre de la Voie lactée”, a déclaré Natarajan. “Ce que je trouve personnellement super excitant à propos de cette idée, c’est la façon dont elle unifie avec élégance les deux problèmes vraiment difficiles sur lesquels je travaille – celui de sonder la nature de la matière noire et la formation et la croissance des trous noirs – et les résout d’un seul coup. piqué.”

Les trous noirs primordiaux peuvent également résoudre une autre énigme cosmologique : l’excès de rayonnement infrarouge, synchronisé avec le rayonnement X, qui a été détecté à partir de sources lointaines et sombres dispersées dans l’univers. Les auteurs de l’étude ont déclaré que la croissance des trous noirs primordiaux présenterait “exactement” la même signature de rayonnement.

Et, surtout, l’existence de trous noirs primordiaux pourrait être prouvée – ou infirmée – dans un proche avenir, grâce au télescope Webb dont le lancement est prévu depuis la Guyane française avant la fin de l’année et l’interféromètre laser dirigé par l’ESA. Mission d’antenne spatiale (LISA) prévue pour les années 2030.

Développé par la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne pour succéder au télescope spatial Hubble, le Webb peut regarder plus de 13 milliards d’années en arrière. Si la matière noire est composée de trous noirs primordiaux, davantage d’étoiles et de galaxies se seraient formées autour d’eux dans l’univers primitif, ce qui est précisément ce que la machine à voyager dans le temps cosmique pourra voir.

“Si les premières étoiles et galaxies se sont déjà formées dans les soi-disant” âges sombres “, Webb devrait pouvoir en voir des preuves”, a déclaré Hasinger.

LISA, quant à lui, sera capable de capter les signaux d’ondes gravitationnelles des premières fusions de trous noirs primordiaux.