(Kavli IPMU) Depuis un certain temps déjà, les physiciens sont à la recherche d'éléments primordiaux trous noirs , des objets exotiques qui auraient pu se former au début de l'Univers et ont engendré toute une série de manigances cosmiques.
À l'aide d'un télescope géant de 8,2 mètres de large (c'est-à-dire 27 pieds), des physiciens de l'Université de Californie à Los Angeles et de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers au Japon recherchent des signes de ces objets ; les découvrir pourrait même suggérer que notre univers élevait des bébés univers alors qu'il n'était lui-même qu'un tout petit.
Ce qu'ils espèrent voir ne sera pas exactement 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 une solution primordiale trou noir (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 des matière noire à la répartition des éléments lourds dans l'espace.
Plus tentant, cela pourrait également être un indice quant à savoir si notre propre univers n'est qu'un parmi tant d'autres dans un arbre généalogique ramifié de multivers autrefois engendré comme ses bébés pendant l'inflation cosmique - bien qu'il reste encore beaucoup de débats sur ce dernier point.
Les trous noirs primordiaux ont beaucoup en commun avec les trous noirs banals formés par l'effondrement d'étoiles. Ce sont deux concentrations intenses de matière qui pincent l'espace-temps environnant en une singularité, par exemple.
Les singularités sont elles-mêmes des objets curieux, constitués de points où la physique déformante de l'espace relativité générale répondent aux métriques plus granulaires de la mécanique quantique. Malheureusement, ces deux théories maîtresses ne s'accordent pas sur certains détails cruciaux de la réalité, de sorte que personne ne sait exactement ce qu'est une singularité.
Même la déformation environnante de l'espace et du temps perturbe nos intuitions, laissant place à l'hypothèse que chaque trou noir est un ombilic à un univers entièrement séparé .
Ce n'est pas aussi farfelu que ça en a l'air. Il y a plein de bonnes raisons penser qu'une fois qu'un observateur en chute libre traverse 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 qu'à 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 environ une seconde, une époque où les radiations dominaient (et pas grand-chose d'autre).
Avec suffisamment de poussée dans n'importe quelle zone, cette mer de lumière concentrée pourrait basculer par-dessus le bord en une singularité. Et parce que 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 évaporés depuis longtemps dans une bouffée de Rayonnement de Hawking . Et tout ce qui est assez grand, nous l'aurions sûrement remarqué maintenant.
Mais il y a des possibilités que les chercheurs n'ont pas encore écartées.
Dans ce nouveau modèle, l'équipe est revenue à une théorie selon laquelle les effets quantiques dans l'espace vide pourraient créer une sorte de bulle de vide, fournissant une graine pour 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 a étéa traîné pendant un moment, dans la mesure où il semble de plus en plus improbable en tant que candidat. Si une population de ces tout 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 Andromède en sept heures, juste pour voir si un PBH avec la masse de notre propre Lune pourrait flotter.
À partun seul 'peut-être', l'expérience n'a rien trouvé de trop excitant.
Mais avec ce nouveau modèle, les chercheurs affirment que si nous attendons un peu plus longtemps – comme environ 88 heures – nous pourrions avoir de la chance cette fois-ci. Ou du moins écarter leur prédiction.
L'identification d'un trou noir primordial de cette taille fournirait aux cosmologistes un objet qui pourrait aider à expliquer une série de problèmes déroutants. Non seulement cela pourrait contribuer à notre compréhension de la matière noire, leurs collisions avec les étoiles à neutrons pourrait expliquer rafales radio rapides .
Nous avons peut-être déjà vu un smash-up entre ces trous noirs légers dans une signature d'unévénement d'onde gravitationnellequi avait toutes les caractéristiques d'une fusion d'étoiles à neutrons, sans 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 le confirmer. Mais les types de trous noirs produits dans ce scénario seraient exactement ce que nous recherchons.
Les doigts croisés Hyper Suprime-Cam pourrait bien contribuer un petit quelque chose à laAlbum de famille.
Cette recherche a été publiée dans Lettres d'examen physique .