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Des essaims de trous noirs «  primordiaux  » pourraient remplir notre univers

L’univers pourrait être rempli d’anciens trous noirs minuscules. Et les chercheurs pourraient peut-être le prouver.

Ces mini trous noirs de la nuit des temps, ou trous noirs primordiaux (PBH), ont été imaginés pour la première fois il y a des décennies. Les chercheurs les ont proposés pour expliquer matière noire, une substance invisible qui exerce une attraction gravitationnelle dans l’espace. La plupart des explications de la matière noire impliquent des particules hypothétiques avec des propriétés spéciales qui les aident à échapper à la détection. Mais certains chercheurs pensent que des essaims de petits trous noirs se déplaçant comme des nuages ​​dans l’espace offrent une explication plus claire. Maintenant, une nouvelle étude explique d’où ces PBH pourraient provenir et comment les astronomes pourraient détecter les répliques de leur naissance.

D’où viennent les petits trous noirs?

Un trou noir est une singularité, un point infiniment dense dans l’espace rempli de matière. Il se forme lorsque cette matière est si serrée que la force de la gravité accable tout le reste, et la matière s’effondre. Il déforme espace-temps et s’entoure d’un «horizon des événements», une région frontière sphérique au-delà de laquelle aucune lumière ne peut s’échapper.

Les lois générales relativité permettre aux trous noirs d’exister à n’importe quelle échelle; écraser une fourmi assez fort et elle s’effondrera dans un trou noir comme une étoile; ce sera tout simplement incroyablement petit.

La plupart des théories PBH supposent que ces objets ont des masses comme de petites planètes, avec des horizons d’événements aussi petits que des pamplemousses. C’est une idée extravagante, toujours en marge de la physique des trous noirs et de la matière noire, a déclaré Joey Neilsen, physicien à l’Université Villanova qui n’était pas impliqué dans la nouvelle étude. Mais récemment, alors que d’autres théories de la matière noire se sont révélées vides, certains chercheurs ont revu la notion de PBH.

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Si les PBH existent cependant, ils doivent être très anciens. Dans l’univers moderne, il n’y a que deux méthodes connues pour créer de nouveaux trous noirs à partir de la matière normale: des étoiles beaucoup plus lourdes que le soleil qui heurtent ou explosent. Donc, chaque trou noir connu pèse plus que l’ensemble système solaire (parfois beaucoup plus).

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Faire de petits trous noirs nécessite un tout autre ensemble de mécanismes et d’ingrédients.

Ces ingrédients seraient « la substance du Big Bang, la même substance qui fait les étoiles et les galaxies », a déclaré Neilsen à 45Secondes.fr.

Juste après le Big Bang, l’univers nouvellement en expansion était plein de matière chaude et dense largement indifférenciée qui s’étendait dans toutes les directions. Il y avait de petites poches de turbulence dans ce marais – encore visibles sous forme de fluctuations du fond cosmique micro-ondes (CMB), la rémanence du Big Bang – et ces fluctuations ont donné la structure de l’univers.

« Si c’est un peu plus dense au point A, alors les choses sont attirées par gravitation vers le point A », a déclaré Neilsen. « Et au cours de l’histoire de l’univers, cette attraction fait tomber le gaz et la poussière vers l’intérieur, se fondre, s’effondre et forme des étoiles, des galaxies et toutes les structures de l’univers que nous connaissons. »

La plupart des théories PBH impliquent des fluctuations très intenses dans l’univers primitif, plus fortes que celles qui ont formé les galaxies.

Dans ce nouvel article, les chercheurs placent ces fluctuations intenses pendant une période appelée «inflation». Dans le premier milliard de milliards de milliardièmes de seconde après le Big Bang, l’univers s’est développé de façon exponentielle rapidement. Cette rapide expansion précoce a donné à l’espace-temps sa forme « plate » actuelle, estiment les chercheurs, et elle a probablement empêché l’espace de se courber, car 45Secondes.fr a déjà signalé.

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Dans un nouvel article publié le 20 novembre au arXiv base de données, les chercheurs suggèrent que pendant l’inflation, il pourrait y avoir eu des moments où tout l’espace-temps a été intensément courbé, avant de finir par s’aplatir. Ces brèves courbures, cependant, auraient produit des fluctuations dans l’univers en expansion suffisamment intenses pour finalement former une grande population de trous noirs de masse terrestre.

Comment trouver les minuscules trous noirs

Le moyen le plus simple de prouver que cette théorie est correcte est de rechercher des «ondes gravitationnelles secondaires» (SGW) qui résonnent autour de l’univers, ont écrit les chercheurs.

Ces ondes, beaucoup plus faibles que les ondes gravitationnelles produites par la collision de trous noirs, résonneraient des mêmes perturbations qui ont formé les PBH. Ce seraient des vibrations subtiles dans l’univers, inaudibles aux détecteurs de courant. Mais deux futures méthodes pourraient être en mesure de les trouver.

Une approche: les tableaux de synchronisation pulsar. L’espace est plein d’étoiles à neutrons tourbillonnantes connues sous le nom de pulsars qui envoient des éclairs d’énergie vers la Terre lorsqu’ils tournent. Les pulsars sont comme des horloges à retardement précises et prévisibles dans le ciel, mais leurs signaux peuvent être déformés par les ondes gravitationnelles. Une onde gravitationnelle secondaire passant entre la Terre et un pulsar déformerait l’espace-temps, ce qui ferait arriver le tic du pulsar un peu tôt ou tard d’une manière qu’un tableau de synchronisation de pulsar pourrait détecter.

Il y a cependant un problème avec ce plan: les tableaux de synchronisation Pulsar reposent sur la détection précise des tiques des pulsars qui émettent les ondes radio. Et l’un des détecteurs radio les plus importants au monde, le télescope géant Arecibo à Porto Rico, a été essentiellement détruit, comme l’a rapporté le site sœur de 45Secondes.fr 45secondes.fr.

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Mais même si une expérience de synchronisation pulsar de haute qualité ne fonctionne pas dans les 15 prochaines années, la prochaine génération de détecteurs d’ondes gravitationnelles devrait être suffisamment sensible pour capter ces ondes gravitationnelles secondaires, ont écrit les auteurs.

À l’heure actuelle, les détecteurs d’ondes gravitationnelles sont enterrés sous terre, recherchant les fluctuations de l’espace-temps en mesurant les changements du temps de trajet de la lumière sur de longues distances. Mais d’autres effets – des tremblements de terre mineurs, des vagues battant des côtes lointaines et même des lapins sautillant au-dessus de leur tête – peuvent brouiller le signal. En 2034, l’Agence spatiale européenne prévoit de lancer l’antenne spatiale à interféromètre laser (LISA), un détecteur d’ondes gravitationnelles spatial beaucoup plus sensible qui évite ces pièges. Et LISA, ont écrit les auteurs, devrait être capable de capter les ondes gravitationnelles secondaires.

Une telle détection, ont-ils écrit, prouverait que les PBH représentent la plupart (sinon la totalité) de la matière noire de l’univers.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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