La matière sombre n’est-elle que des trous noirs faits pendant le Big Bang?

Les trous noirs sont comme des requins. Élégant, simple, plus effrayant dans l’imaginaire populaire qu’ils ne le méritent, et peut-être caché dans des endroits profonds et sombres tout autour de nous.

Histoire originale réimprimée avec la permission de Magazine Quanta, une publication indépendante de la Fondation Simons dont la mission est d’améliorer la compréhension publique de la science en couvrant les développements et les tendances de la recherche en mathématiques et dans les sciences physiques et de la vie.

Leur noirceur même rend difficile l’estimation du nombre de trous noirs dans le cosmos et de leur taille. Ce fut donc une véritable surprise lorsque les premières ondes gravitationnelles passèrent à travers les détecteurs de l’Observatoire des ondes gravitationnelles de l’interféromètre laser (LIGO) en septembre 2015. Auparavant, les plus grands trous noirs de la taille d’une étoile atteignaient environ 20 fois la masse du soleil. . Ces nouveaux constituaient chacun environ 30 masses solaires – pas inconcevables, mais étranges. De plus, une fois que LIGO s’est allumé et a immédiatement commencé à entendre ces types d’objets fusionner les uns avec les autres, les astrophysiciens ont réalisé qu’il devait y avoir plus de trous noirs cachés qu’ils ne le pensaient. Peut-être beaucoup plus.

La découverte de ces étranges spécimens a insufflé une nouvelle vie à une vieille idée, qui avait, ces dernières années, été reléguée à la marge. Nous savons que les étoiles mourantes peuvent faire des trous noirs. Mais peut-être que des trous noirs sont également nés pendant le Big Bang lui-même. Une population cachée de tels trous noirs «primordiaux» pourrait constituer de la matière noire, un pouce caché à l’échelle cosmique. Après tout, aucune particule de matière noire ne s’est montrée, malgré des décennies de recherche. Et si les ingrédients dont nous avions vraiment besoin – les trous noirs – étaient sous notre nez tout le temps?

«Oui, c’était une idée folle», a déclaré Marc Kamionkowski, cosmologiste à l’Université Johns Hopkins dont le groupe est sorti avec l’un des nombreux articles accrocheurs qui exploraient la possibilité en 2016. «Mais ce n’était pas nécessairement plus fou que tout autre. »

Illustration: Samuel Velasco / Quanta Magazine, Virgo / Frank Elavsky, Aaron Geller / Northwestern

Hélas, le flirt avec les trous noirs primordiaux s’est aigri en 2017, après un article de Yacine Ali-Haïmoud, astrophysicien à l’Université de New York qui faisait auparavant partie de l’équipe optimiste de Kamionkowski, a examiné comment ce type de trou noir devrait affecter le taux de détection de LIGO. Il a calculé que si l’univers du bébé engendrait suffisamment de trous noirs pour tenir compte de la matière noire, au fil du temps, ces trous noirs s’installeraient en paires binaires, tourneraient de plus en plus près et fusionneraient à des taux des milliers de fois plus élevés que ce que LIGO observe. Il a exhorté d’autres chercheurs à continuer d’étudier l’idée en utilisant des approches alternatives. Mais beaucoup ont perdu espoir. L’argument était si accablant que Kamionkowski a déclaré qu’il étouffait son propre intérêt pour l’hypothèse.

Maintenant, cependant, suite à une rafale d’articles récents, l’idée primordiale du trou noir semble avoir repris vie. Dans l’un des derniers, publié la semaine dernière dans le Journal de cosmologie et de physique des astroparticules, Karsten Jedamzik, cosmologiste à l’Université de Montpellier, a montré comment une grande population de trous noirs primordiaux pouvait entraîner des collisions qui correspondent parfaitement à ce qu’observe le LIGO. «Si ses résultats sont corrects – et cela semble être un calcul minutieux qu’il a fait – cela mettrait le dernier clou dans le cercueil de notre propre calcul», a déclaré Ali-Haïmoud, qui a continué à jouer avec l’idée primordiale du trou noir en papiers ultérieurs aussi. «Cela signifierait qu’en fait, ils pourraient être toute la matière noire.

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Written by Naruto Uzumaki

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