La matière noire est-elle constituée de trous noirs ? L’approche de la nouvelle étude

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Les trous noirs et la matière noire pourraient être la même chose. C’est ce qu’implique une nouvelle étude menée par des scientifiques de l’Agence spatiale européenne, de l’Université de Miami et de l’Université de Yale. Les chercheurs théorisent, dans la nouvelle étude, que les trous noirs formés aux premiers stades de l’univers, appelés “trous noirs primordiaux”, pourraient être à l’origine de la composition de la matière noire elle-même.

Approche également théorisée par Hawking dans les années 1970.

Nico Cappelluti, professeur adjoint de physique à Miami et premier auteur de l’étude, explique que la matière noire, au lieu d’être constituée de particules inconnues, comme le veut la théorie actuelle, pourrait être composée de trous noirs formés quelques fractions de seconde après le Big Bang. Cette théorie a également été formulée par Stephen Hawking dans les années 1970, comme l’explique Cappelluti lui-même.
Selon Cappelluti, une telle chose aurait des implications importantes. La principale implication est qu’il ne serait pas nécessaire d’expliquer la matière noire, un problème qui reste insurmontable.

Cette théorie expliquerait également l’existence des trous noirs supermassifs.

L’autre aspect est que cette théorie expliquerait comment les trous noirs sont devenus supermassifs. Les trous noirs supermassifs sont des trous noirs dont la masse est énorme, parfois des millions ou même des milliards de fois celle du Soleil. L’énigme réside simplement dans l’absence de réponse à cette question : comment ont-ils réussi à acquérir autant de matière en un temps aussi “court”, celui de l’âge de l’univers (moins de 14 milliards d’années) ?

La théorie actuelle de la formation des trous noirs

Les théories qui expliquent aujourd’hui la formation des trous noirs ne sont pas du tout utiles pour répondre à cette question. Ces théories supposent que pour la formation d’un trou noir, une étoile doit d’abord se former et exister, puis, à la fin de son existence, s’effondrer, donnant naissance à un trou noir (pas encore supermassif). À ce stade, le trou noir devrait alors commencer à englober de nombreux objets environnants, prenant ainsi une masse énorme.
De plus, la masse de chaque galaxie semble être proportionnelle à celle du trou noir supermassif situé en son centre, un autre petit “mystère”.

Que sont les trous noirs primordiaux ?

Les trous noirs primordiaux auraient dû se former pendant les premières factions de la première seconde après le Big Bang en raison des fluctuations de la densité de l’univers. Ces fluctuations auraient dû créer des microrégions “grumeleuses” avec une petite portion de masse supplémentaire. Ces microrégions se sont ensuite effondrées, donnant naissance à des trous noirs. C’est l’approche théorique proposée pour la première fois par Hawking et le physicien Bernard Carr.

La nouvelle étude

Dans leur nouvelle étude, Cappelluti, Priyamvada Natarajan (professeur d’astronomie et de physique à Yale) et Günther Hasinger, directeur scientifique de l’Agence spatiale européenne, soutiennent cette théorie avec quelques modifications mineures. L’une d’elles est que les trous noirs primordiaux se transformeraient plus tard en trous noirs supermassifs en “dévorant” les gaz et les étoiles proches ou en fusionnant avec d’autres trous noirs. En ce sens, comme l’explique Natarajan, les trous noirs primordiaux pourraient être les “graines” de tous les trous noirs supermassifs que nous voyons aujourd’hui.
“Ce que je trouve personnellement super excitant dans cette idée, c’est qu’elle unifie élégamment les deux problèmes vraiment difficiles sur lesquels je travaille, à savoir sonder la nature de la matière noire et la formation et la croissance des trous noirs, et les résout d’un seul coup”, explique le chercheur.

Notes

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