Les physiciens recherchent de la matière sombre dans de minuscules trous noirs anciens


Dans la nuit du 23 novembre 2014, un puissant télescope sur Mauna Kea à Hawaï tentait de repérer les mouvements énigmatiques d’un trou noir traversant l’espace. Au cours des sept heures que le télescope a scruté le cosmos, il en a peut-être attrapé un, car une structure de la taille de la Terre a éclipsé une étoile dans notre voisin galactique le plus proche, Andromède, à environ 2,5 millions d’années-lumière. Au milieu des 188 images relativement fades prises de la galaxie cette nuit-là, l’événement de trou noir candidat était un moment d’illumination littérale.

«Lorsqu’elle est juste le long de la ligne de mire, la lumière se penche [the black hole]. Pas seulement les rayons lumineux qui vous indiquent être avec, mais aussi ceux qui vous auraient dépassés se penchent vers vous », a déclaré Alexander Kusenko, astrophysicien à l’UCLA et à l’Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers, dans une vidéo appel. «Cela rendra l’étoile plus brillante pendant une seconde. C’est un peu contre-intuitif.

Kusenko est l’auteur principal d’un article récent sur l’événement, publié dans la revue Physical Review Letters en octobre. La recherche suggère qu’entre une partie et la totalité de la matière noire de l’univers pourrait être expliquée par des trous noirs primordiaux – des versions supposées petites et très anciennes du personnage cosmique classique qui n’était que imagé directement pour la première fois en 2019. Tous les trous noirs, quelle que soit leur taille, sont des objets célestes qui exercent une telle force gravitationnelle que rien, pas même la lumière, ne peut leur échapper.

Une idée est qu’au début de l’univers, de légères fluctuations de densité dans l’univers gonflant incroyablement dense auraient suffi à engendrer des trous noirs à partir du plasma pré-stellaire, surtout si elles interagissaient avec des particules lourdes via une force inconnue. (Run-of-the-mill, les trous noirs connus sont généralement formés d’étoiles qui s’effondrent.)

«Si vous prenez une cuillerée de plasma primordial, c’est presque un trou noir», a déclaré Kusenko, faisant référence à la densité initiale de l’univers. “Serrez-le un peu, et la lumière ne s’échapperait pas.”

Certains de ces trous noirs théoriques auraient été d’une taille critique, conformément à la théorie de la gravité d’Einstein, pour être perçus comme s’étendant continuellement à un observateur à l’intérieur du trou noir – tout en restant une taille statique pour l’observateur extérieur. Cette idée peut engendrer des notions d ‘«univers bébé» dans le nôtre, mais gardez à l’esprit que les trous noirs primordiaux sont eux-mêmes purement théoriques pour le moment.

Et c’est la préoccupation immédiate de l’équipe de Kusenko: prouver leur existence. Les trous noirs primordiaux devraient être nombreux s’ils devaient représenter une certaine quantité de matière noire de l’univers – une substance mystérieuse qui semble représenter environ 27% de l’univers – mais trop petits pour être détectables, comme l’ont été leurs homologues confirmés.

La conception artistique des univers de bébé s'est rompue peu après le Big Bang.

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Image: Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers

Kusenko et ses collègues (le document d’octobre impliquait des chercheurs de l’UCLA et de l’IPMU de Kavli) jettent un large filet pour les candidats du trou noir à l’aide de l’Hyper Suprime-Cam, un barillet d’objectif de près de 6 pieds de long fixé au miroir de près de 30 pieds de le télescope Subaru sur Mauna Kea. La caméra est capable d’imager toute la galaxie d’Andromède toutes les quelques minutes. Puisqu’un candidat pour un trou noir primordial a été sélectionné lors de la visite de sept heures du cosmos en 2014, Kusenko espère que les futures observations seront en mesure de collecter plus d’événements à déballer.

L’observation de 2014 n’a pas été facile à trouver dans toutes les données. Cette équipe a réduit un catalogue de plus de 15 000 étoiles candidates pour vérifier la distorsion de la lumière et a trouvé près de 50 événements «imposteurs», causés entre autres par des étoiles brillantes. Un imposteur a même été causé par un astéroïde passant. Mais après beaucoup de tri des étoiles, un candidat semblait de bonne foi.

Si plus d’événements candidats sont identifiés, il y aura plus de piste pour la théorie de l’équipe de beaucoup de trous noirs miniatures représentant le excès de gravité mesurée dans de nombreuses galaxies (c’est cette gravité supplémentaire qui a averti les scientifiques de l’existence de la matière noire dans les années 1970). Pour mettre les choses en perspective, les plus petits trous noirs connus sont dans le domaine de 5 masses solaires (soit cinq fois la taille du Soleil). Le récent trou noir candidat n’avait que la taille de notre planète.

Si un trou noir de la taille de la Terre semble difficile à croire, eh bien, ce n’est même pas le plus petit trou noir proposé. L’année dernière, les physiciens ont suggéré une trou noir de la taille d’une boule de bowling pour expliquer un objet hypothétique de notre système solaire connu sous le nom de Planet Nine.

L’équipe de Kusenko a fait une autre série d’observations au Mauna Kea à la fin de 2020, et ils doivent maintenant faire le travail minutieux de filtrage des données. Nous pourrions savoir plus tard cette année s’ils ont trouvé des trous noirs potentiels– et nos doigts sont fermement croisés pour de bonnes nouvelles.

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Vous pouvez lire l’article original (en Angais) sur le bloggizmodo.com