Les trous primordiaux formés dans les conditions exotiques du big bang sont peut-être devenus leur propre source de matière et de rayonnement.
L’histoire standard de l’univers primitif se déroule ainsi. Lorsque notre cosmos était incroyablement jeune, il a connu une période d’expansion incroyablement rapide connue sous le nom d’inflation. Puis l’inflation a disparu et a inondé l’univers de particules et de radiations dans le big bang chaud. Ensuite, l’univers s’est dilaté et s’est refroidi, et ce faisant, la densité de cette matière et de ce rayonnement a chuté. Finalement, la matière s’est réunie en étoiles, galaxies et amas informés.
Mais de nouvelles recherches, maintenant publiées sur le arXiv serveur de prépublication, suggère qu’il manque peut-être un ingrédient clé à cette histoire simple : les trous noirs primordiaux. Actuellement, nous ne connaissons qu’un seul moyen garanti de créer des trous noirs. C’est à travers la mort d’étoiles massives. Lorsqu’ils s’effondrent sur eux-mêmes à la fin de leur vie, ils atteignent des densités suffisamment élevées pour submerger toutes les autres forces et déclencher la formation d’un trou noir.
Mais l’univers primitif était peut-être suffisamment exotique pour créer des trous noirs à sa manière. Lorsque l’inflation a pris fin et que l’univers a commencé à se refroidir, ce n’était pas un processus fluide et doux. Au lieu de cela, il était incroyablement violent, avec des changements massifs d’énergie et de masse d’un endroit à l’autre. Il est possible que des poches de l’univers aient spontanément atteint des densités suffisamment élevées pour former directement des trous noirs par eux-mêmes, sans avoir à passer par la formation d’étoiles au préalable. Ce sont les soi-disant trous noirs primordiaux.
Les observations cosmologiques plaçaient déjà des limites sévères au nombre de trous noirs primordiaux pouvant habiter l’univers primitif. Mais ils ont encore de la place pour exister. Et une équipe de chercheurs a rédigé un article explorant une conséquence inattendue de la formation de ces trous noirs primordiaux.
Nous savons grâce aux travaux de Stephen Hawking que les trous noirs ne sont pas entièrement noirs. En fait, ils brillent un peu grâce à un processus quantique exotique connu sous le nom de rayonnement de Hawking. Pour les trous noirs de taille normale, il s’agit d’un processus très inefficace. Un trou noir typique n’émettra qu’une particule de rayonnement chaque année environ. Mais les petits trous noirs émettent beaucoup plus de rayonnement.
Si les trous noirs primordiaux étaient suffisamment petits, ils s’évaporeraient complètement alors que l’univers en serait encore à ses balbutiements, ne laissant aucune trace de leur existence. Mais les chercheurs ont découvert que cela conduisait à une situation curieuse. Au fur et à mesure que ces trous noirs primordiaux s’évaporaient, ils libéraient leurs propres flots de rayonnement et de matière.
Malgré l’expansion de l’univers, si suffisamment de trous noirs primordiaux s’évaporaient, la densité de matière et de rayonnement pourrait rester constante. Cela conduirait à un scénario de big bang étendu basé sur un trou noir.
Finalement, tous les trous noirs primordiaux disparaîtraient et le reste de l’histoire cosmologique continuerait sans eux. Mais ils laisseraient leur marque. Les changements de matière et de densité de rayonnement peuvent potentiellement avoir des impacts durables que nous pourrions détecter même à ce jour. Et l’évaporation des trous noirs primordiaux eux-mêmes déclenche la formation d’ondes gravitationnelles, qui pourraient persister encore aujourd’hui.
Nous ne trouverons peut-être jamais de preuves directes des trous noirs primordiaux, mais les chercheurs ont découvert que nous pourrions trouver leurs empreintes digitales subtiles dans tout l’univers.
Plus d’information:
Keith R. Dienes et al, Les trous noirs primordiaux placent l’univers en stase, arXiv (2022). DOI : 10.48550/arxiv.2212.01369