Ces dernières années, une découverte surprenante a été faite en rapport avec les trous noirs. Les astronomes trouvent de plus en plus de preuves que les trous noirs supermassifs, ceux qui peuvent atteindre des millions, voire des milliards de fois la masse de notre soleil, existent en fait depuis très longtemps, même depuis les premières phases de l’univers, lorsqu’il avait moins de 10 % de son âge actuel.
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Comment se sont-ils formés si tôt ?
Cela entre en conflit avec les théories que nous utilisions jusqu’à très récemment, voire jusqu’à maintenant, concernant la formation des trous noirs. Selon ces théories, il n’y a pas eu de temps pour que des trous noirs aussi grands et aussi massifs se forment, un temps équivalent à quelques centaines de millions d’années après le Big Bang.
Selon une nouvelle étude, reprise entre autres par ScienceAlert, l’énigmatique matière noire jouerait à nouveau un rôle clé.
Selon Hai-Bo Yu, professeur associé d’astronomie et de physique à l’université de Californie à Riverside, le scientifique qui a dirigé l’étude, les raisons pour lesquelles les trous noirs supermassifs, les géants et les “très lourds”, ont pu avoir le temps de se former si tôt peuvent être au nombre de deux.
La matière noire a dû jouer un rôle important
L’une d’elles réside dans le fait que la “graine” qui déclenche la formation d’un trou noir supermassif est en fait plus massive que nous le pensions. Ou bien elle se développe beaucoup plus vite que ce que nous avions calculé. Ou les deux. À ce stade, cependant, une autre question se pose, qui ouvre essentiellement une énigme similaire : comment ces trous noirs acquièrent-ils un taux de croissance aussi important ?
La suspicion de centre de la matière noire est forte parce qu’il s’agit de quelque chose qui interagit avec la matière que nous ne pouvons voir qu’à travers l’attraction gravitationnelle, et l’attraction gravitationnelle est précisément le phénomène qui permet à un trou noir de croître pratiquement indéfiniment.
La théorie actuelle de la formation des trous noirs ne suffit pas à expliquer
La théorie actuelle de la formation des trous noirs ne suffit pas à expliquer
D’ailleurs, la matière noire elle-même, comme nous le découvrons ces dernières années, joue un rôle majeur dans l’univers : elle fait tourner les galaxies et les maintient ensemble, et c’est donc aussi grâce à la matière noire que nous existons sur un petit caillou errant qui tourne autour d’une étoile.
L’un des modèles théoriques développés par les chercheurs concerne la formation de trous noirs supermassifs résidant dans l’effondrement direct d’un nuage de gaz très dense. Mais ce modèle ne peut à lui seul produire une “graine” suffisamment massive pour faire pousser un trou noir supermassif en quelques centaines de millions d’années. Elle n’est tout simplement pas caractérisée par un taux de croissance très rapide, comme l’explique Yu, ce qui est nécessaire pour expliquer la présence de trous noirs supermassifs dans l’univers primitif.
Interaction complexe entre la matière noire et la matière baryonique.
Selon le chercheur, l’explication réside donc peut-être dans la matière noire : un halo de cette matière “auto-interactive” peut, à un moment donné, connaître un niveau d’instabilité graviothermique si important qu’il fait s’effondrer la région centrale et déclenche ainsi la formation du trou noir. La forte attraction vers l’intérieur contrecarrerait l’attraction naturelle vers l’extérieur exercée par la chaleur de la pression. Alors que la matière noire non auto-interactive s’accumule dans la région centrale du halo en s’accélérant avec l’augmentation de la gravité, une partie de la matière noire, celle qui s’auto-interactive, serait en quelque sorte capable de transférer de l’énergie à d’autres particules.
Une friction serait créée dans le fluide de matière noire en rotation, ce qui entraînerait un ralentissement des particules et une réduction du moment angulaire, provoquant un rétrécissement de la lune centrale. En fait, tout finirait par s’effondrer sur lui-même, très violemment et rapidement, pour former la “graine” d’un trou noir supermassif. À partir de là, la “graine” acquerrait de plus en plus de matière baryonique (celle que nous pouvons observer) et, grâce à la “graine” constituée de matière noire, elle pourrait acquérir la vitesse dont elle aurait besoin pour se former aussi rapidement.
Des mesures nouvelles et plus précises sont nécessaires
La validation d’un tel modèle théorique nécessiterait des mesures effectuées par des instruments beaucoup plus sensibles que ceux dont nous disposons aujourd’hui, des instruments qui devraient être capables de sonder l’univers primitif sous différentes longueurs de lumière, ce qui est encore très difficile à l’heure actuelle avec les télescopes dont nous disposons.
