Depuis un moment, les physiciens recherchent des trous noirs, des objets exotiques qui auraient pu se former au début de l’Univers et engendrer toute une gamme de manigances cosmiques.

À l’aide d’un télescope géant de 8,2 mètres de large (soit 27 pieds), des physiciens de l’Université de Californie à Los Angeles et du Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe au Japon recherchent des signes de ces objets; les découvrir pourrait même suggérer que notre Univers était en train de créer des univers de bébé alors qu’il était un petit jeune lui-même.

Ce qu’ils espèrent voir ne sera pas aussi scandaleux que de jeter un coup d’œil dans des réalités alternatives. Mais si leurs nouveaux modèles sont corrects et qu’ils sont suffisamment patients, ils pourraient trouver un trou noir primordial (PBH) flottant entre nous et une galaxie voisine.

La découverte d’un tel objet a le potentiel de combler plusieurs lacunes dans nos connaissances sur toute une gamme de phénomènes, de la nature de matière noire à la distribution d’éléments lourds dans l’espace.

Plus alléchant, cela pourrait également être un indice pour savoir si notre propre univers n’est qu’un des nombreux autres dans un arbre généalogique ramifié de multivers une fois engendré comme ses bébés pendant l’inflation cosmique – bien que de nombreux débats resteraient encore sur ce dernier point.

Les trous noirs primordiaux ont beaucoup en commun avec les trous noirs ordinaires formés par l’effondrement des étoiles. Ce sont tous deux des concentrations intenses de matière qui pincent l’espace-temps environnant en une singularité, par exemple.

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Les singularités sont elles-mêmes des objets curieux, constitués de points où la physique de déformation spatiale relativité générale rencontrer les métriques plus granulaires de la mécanique quantique. Malheureusement, ces deux théories maîtresses ne sont pas d’accord sur certains détails cruciaux de la réalité, donc personne n’est précisément sûr de ce qu’est une singularité.

Même la déformation environnante de l’espace et du temps fait un désordre de nos intuitions, laissant place à spéculer que chaque trou noir est un ombilic vers un univers entièrement séparé.

Ce n’est pas aussi tiré par les cheveux que cela puisse paraître. Il y a plein de bonnes raisons penser une fois qu’un observateur tumultueux franchit l’horizon des événements – une ligne de non-retour – l’espace et le temps deviennent indiscernables d’un univers en expansion comme le nôtre.

Cela signifierait que chaque fois qu’une étoile s’effondre pour former une singularité, notre Univers devient un parent. Mazel Tov!

Là où les PBH diffèrent, c’est qu’ils auraient été engendrés lorsque notre Univers avait peut-être un deuxième âge, une époque où les radiations dominaient (et pas grand-chose d’autre).

Étant donné suffisamment de poussée dans n’importe quelle zone, cette mer de lumière concentrée pourrait basculer par-dessus le bord dans une singularité. Et comme les conditions étaient déjà extrêmes, la quantité de masse requise serait bien inférieure à celle nécessaire même pour les plus petits trous noirs stellaires.

Les trous noirs primordiaux sont des idées intéressantes qui manquent désespérément de preuves solides. Malheureusement, des trous plus petits se seraient depuis longtemps évaporés en une bouffée de Rayonnement Hawking. Et tout ce qui est assez grand que nous aurions sûrement remarqué maintenant.

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Mais il existe des possibilités que les chercheurs n’ont pas encore exclues.

Dans ce nouveau modèle, l’équipe est revenue à une théorie où les effets quantiques dans l’espace vide pourraient créer une sorte de bulle de vide, fournissant une graine à l’effondrement.

Leurs calculs montrent que ces conditions pendant une période d’inflation rapide pourraient raisonnablement créer des trous noirs primordiaux d’une gamme de masses. Fait intéressant, certains correspondraient à ce que nous attendons de la matière noire.

C’est une vieille idée qui circule depuis un certain temps, dans la mesure où elle semble de plus en plus improbable en tant que candidat. Si une population de ces petits trous noirs se comporte comme de la matière noire, cela ne représentera probablement qu’un proportion de celui-ci.

Pour ajouter au scepticisme, la méthode que l’équipe souhaite utiliser pour rechercher ces objets a également été tentée auparavant.

L’année dernière, les chercheurs ont utilisé l’Hyper Suprime-Cam du télescope Subaru pour collecter près de 200 instantanés de notre galaxie voisine Andromeda en sept heures, juste pour voir si un PBH avec la masse de notre propre Lune pourrait flotter.

Mis à part un simple «peut-être», l’expérience n’a rien trouvé d’excitant.

Mais avec ce nouveau modèle, les chercheurs affirment que si nous attendons un peu plus longtemps – environ 88 heures – nous pourrions bien avoir de la chance cette fois. Ou du moins écarter leur prédiction.

Identifier un trou noir primordial de cette taille fournirait aux cosmologues un objet qui pourrait aider à expliquer une gamme de problèmes déroutants. Cela pourrait non seulement contribuer à notre compréhension de la matière noire, de leurs collisions avec les étoiles à neutrons pourrait expliquer rafales radio rapides.

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Nous aurions peut-être déjà vu un éclatement entre ces trous noirs légers dans une signature d’un événement d’onde gravitationnelle qui avait toutes les caractéristiques d’une fusion étoile à neutrons, sans le flash.

Quant à savoir si ces anciens trous noirs abritent vraiment les bébés de notre propre univers, nous aurions besoin d’une physique assez révolutionnaire pour confirmer. Mais les types de trous noirs produits dans ce scénario seraient exactement ce que nous recherchons.

Les doigts croisés Hyper Suprime-Cam pourraient bien apporter un petit quelque chose à l’album de famille.

Cette recherche a été publiée dans Lettres d’examen physique.